滾邊機器人的實際應用

■湖北汽車工業學院（十堰 442002）陳君寶

機器人滾邊壓合技術，已經被應用于轎車白車身關鍵部件的包邊制造中，主要部件有頂蓋天窗、發動機罩蓋、行李廂蓋、車門、翼子板和輪罩。雖然現在滾邊工藝比較成熟，但是滾邊機器人的應用仍是比較復雜的，滾邊機器人的程序一般由計算機仿真軟件生成，即OLP程序，最后現場進行精確的示教調整，一般兩臺機器人同時進行滾壓作業（見圖1）。

圖1 機器人滾邊作業

針對不同車型、不同車身部位，只需變更滾邊機器人的程序即可加工，所以柔性化程序比較高，根據不同產品確定1個主程序，每種車型一般只有1個主程序，并可調用子程序，如PNS0031。根據不同節拍、不同的安裝模具等，確認不同的子程序，子程序的命名需能描述出加工的車型、加工車的部位及進行什么操作，名稱要讓使用人員看到后能夠明白其中的意思。圖2所示為程序瀏覽界面。圖1、圖2只是舉例企業機器人滾邊的一種形式，針對機器人布局及程序命名，各企業有不同的標準。

圖2 滾邊機器人的程序界面

為方便不同人員的理解，機器人示教程序的命名規則為“車部位_左右_功能_車型_夾具.TP”，舉例如下：

FR_L_F_42L_A.TP(前門_左_精滾_42L_A夾具) ；這是汽車42L車型左前門的精滾程序，針對A夾具

FR_L_P_42L_A.TP(前門_左_預滾_42L_A夾具) ；這是汽車42L車型左前門的預滾程序，針對A夾具

1.滾壓頭的介紹

機器人滾邊中，非常重要的部件是滾壓頭，每個企業設計的都不同。主要是根據產品的不同、節拍的不同以及采用機器人數量的不同而進行合理設計，圖3所示為不同種類滾壓頭。

圖3 不同種類滾壓頭

機器人控制器控制滾輪的運動軌跡和壓力，滾邊過程由機器人抓持滾輪架執行滾邊程序，依次完成整個零件的滾邊，滾輪的運動軌跡和壓力控制通過機器人的編程實現，其滾邊過程如圖4所示，可根據需要選擇2次滾邊或3次滾邊。

圖4 滾邊過程示意圖

（1）滾壓頭坐標系的設定：應用機器人的操作者，都知道用戶坐標系及工具坐標系的設定，可在現場示教時設置出來，但由于滾壓頭的特殊性，只能采用直接輸入法輸入工具坐標系的理論值。如圖5所示，工具坐標系1位于終滾壓頭下斜面的中心上，離外邊緣10mm的地方作成。工具坐標系2位于預滾壓頭下面的中心上，離外側端面10mm的地方作成。工具坐標系3位于小徑下錐面的中心上，離外邊緣10mm的地方作成。工具坐標系4位于小徑滾壓頭下面，離錐大端圓周線10mm的地方作成。工具坐標系5位于設定二級工具找正銷的坐標。找正銷是用于找正OLP程序理論位置與實際位置偏差的二級工具，也需前期指定理論坐標值，零件精度必須符合圖樣要求。

OLP程序到現場后通過程序變換（PROGRAM SHIFT）的操作方法，來進行理論數據與實際數據的統一。并在實際滾壓時，各個坐標系的點與模具的45°倒角棱重合，精確保證理論位置與實際位置一致（見圖5）。

（2）滾壓頭壓緊力的設定：機器人滾邊過程中，對滾壓頭施加合理壓力是滾邊質量的重要保證。壓力大會破壞鈑金件，造成零件漆邊開裂缺陷，同時可能在外板面表面形成包邊印；滾邊壓力小可能造成包邊過松，滾邊起皺等缺陷。現介紹壓力控制由彈簧施壓的控制方法。

在無件滾壓、帶件滾壓時，通過控制程序中PR[5]的數值來控制滾壓壓力的大小。程序段為：

24:L P[4]50mm/sec CNT20 Tool_Offset,PR[5:Off set]；

滾壓頭上有刻度尺，主要計量滾壓頭的伸縮量，同時換算成牛頓力或公斤力，各廠家有不同的標準。

滾壓頭3 部分的伸縮量及力的選擇。①預滾壓壓頭：1～3mm行程、0.4～0.6kN、40～60kg。②終滾壓壓頭：5～8mm行程、1.2～2.0kN、120～195kg。③小徑的滾壓頭：沒有下壓壓力（工件0 touch的狀態示教）。

實際加壓動作點，在單步無工件狀態下慢速移動滾壓頭，保證滾壓頭的中線與模具倒角的內輪廓線接觸，用手盤轉滾壓頭，用適當的力量能夠旋轉。

（3）預滾壓及精滾壓的基本動作：滾壓有6個基本動作要實現，如圖6所示。其控制語句及滾壓參數程序如下：

示教時注意要點：①6個基本動作一個都不能少，省略的話非常可能會影響品質（如零件彎曲、板不良、外形歪斜等）。②注意速度的變化，貼上滾壓位置及離開滾壓邊位置時速度要慢。③定位類型指令的變化，慢速時采用接近直線的運行方式，更準確的到達所需位置，實際加工時采用CNT100，運行時不減速，路徑比較平滑。④直接刀具補償指令中位置寄存器固定應用PR[5]，已經標準化，盡可能不要變更。

圖5 工具坐標系的設定

圖6 預滾壓及精滾壓的基本動作

（4）滾壓頭和模具的位置關系及注意事項：模具除了汽車模型面外，輪廓線處有45°的倒角面，主要用于預滾壓時的導向及角度控制。滾壓模具表面質量、與板件的貼合度、倒角的質量等，在與滾壓頭的配合滾壓時，都可能影響最終質量，所以滾壓模具的質量一定重點檢驗。

普通預滾壓時注意事項：①滾壓頭和內板件沒有干涉。②折彎的外板件的外邊緣沒有超出滾壓頭的端面。③折彎后板件角度成45°±5°。④工件彎曲的時候，模具上曲面和滾壓頭沒有干涉。⑤滾壓頭的側面相對于模具的45°倒角來說是平行的。⑥滾壓頭的中心（即工具坐標系位置）與模具45°倒角的內棱線重合。⑦模具和滾壓頭的交面是直的。⑧預滾時壓頭下壓的初始量：鐵質模具為2mm下壓量，樹脂模具為3mm下壓量。

水滴狀滾壓邊時的二次預滾壓注意事項：①在前面罩的一側一般是水滴狀的滾壓邊，先進行普通預滾壓，然后進行二次預滾壓。②二次預滾壓時滾壓頭的角度相對于45°倒角邊成+3°～+5°。③二次預滾壓時滾壓頭與模具之間有固定的間隙，下壓量為－4mm，如圖7所示。

普通終滾壓注意事項：①滾壓頭和內板件沒有干涉。②折彎的外板件的外邊緣沒有超出滾壓頭的端面。③工件終彎曲的時候，模具上曲面和滾壓頭是貼合的。④滾壓頭的中心（即工具坐標系位置）與模具45°倒角的內棱線重合，如果是臺階式的滾壓頭，需注意壓頭的上、下端面超出折彎的板件。⑤終滾時壓頭下壓的量：鐵質模具為5mm下壓量，樹脂模具為6mm下壓量。

水滴狀滾壓邊時的終滾壓注意事項：①滾壓頭和內板件沒有干涉。②折彎的外板件的外邊緣沒有超出滾壓頭的端面。③在工件彎曲的時間，零件和滾壓頭之間的間隙是固定的。④工件終彎曲的時候，模具上曲面和滾壓頭是貼合的，不是彎曲的。⑤有臺階的滾輪中心在模具的上端面附近。⑥終滾時壓頭下壓的量：鐵質模具為5mm下壓量，樹脂模具為6mm下壓量。

滾壓頭工具的傾斜角度如圖8所示，左側在30°以內，右側在30°以外。傾斜超過30°時會出現一些問題。

2.機器人的動作軌跡

滾壓程序的動作類型基本為直線動作，相鄰兩點之間有一定的距離，劃分這個距離可按如下標準：

示教兩點之間模具外輪廓為直線，模具曲面平緩，間距可為200～400mm。

示教兩點之間模具外輪廓為圓弧，模具曲面平緩，間距如下：①半徑為1000～2000mm，間距為30～50mm。②半徑為100～1000mm，間距為20～30mm。③半徑小于100mm、間距為5～20mm。

示教兩點之間模具曲面波動大，間距如下：①半徑為100～1000mm，間距為20～30mm。②半徑小于100mm，間距為5～20mm。

理論上這些距離是在OLP程序中劃分好，但現場程序示教時需注意這些值，單步運動時注意一下運行的距離，根據情況自己可以增加一些點。

3.機器人速度及軌跡的平滑過渡

（1）示教兩點之間模具外輪廓為直線，模具曲面平緩，速度為200～600mm/s。

（2）示教兩點之間模具外輪廓為圓弧，模具曲面平緩，連續的速度變化為：600mm/s→300mm/s→100mm/s→300mm/s→600mm/s；具體程序如下：

圖7 水滴狀滾壓邊時注意事項

圖8 滾壓頭工具的傾斜角度

從以上程序可以看出，根據被滾邊表面的情況不同，滾壓速度是變化的，特別是在圓弧曲率變化比較大的情況下，移動方法為在滾輪附近旋轉移動的情況，單位為30°/s。

4.結語

機器人滾邊的基本動作與理論位置的修正，不要只憑眼睛去進行理論位置修正，這樣易出現板件曲折和壓緊量太少的情況，而是需用手去感覺，因為OLP程序中的數值是按3D數據作成，角度、下壓力、位置都與實際情況有出入。調整機器人滾邊動作時，在前期不需工件，直接示教滾輪在模具上的位置，這時注意示教動作順序與速度，不要撞傷模具（滾輪比模具硬）。通過系列工作，才能保證機器人滾邊動作正確，才能高效地保證產品質量。

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