機(jī)器人滾邊工藝淺析

李俊峰,張東強(qiáng),張辰

(長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北保定 071000)

0 引言

隨著汽車市場(chǎng)進(jìn)入紅海，各大車企紛紛投放大量新車型以提高競(jìng)爭(zhēng)力。這時(shí)，每款車型是否能及時(shí)上市，上市后是否能及時(shí)更新?lián)Q代就成為一款車型是否成功的一個(gè)重要因素。為此，各大車企采用柔性化線體對(duì)多種車型在同一條生產(chǎn)線體上進(jìn)行生產(chǎn)。以五門一蓋的包邊工藝為例，傳統(tǒng)一般使用液壓機(jī)通過包邊模進(jìn)行包邊，但在柔性線體上，由于液壓機(jī)占用空間大，車型切換困難，在多車型共線時(shí)無法滿足車型切換需求。如今已被切換方便、使用空間小、調(diào)試周期短的機(jī)器人滾邊工藝所替代。

1 滾邊工藝

滾邊工藝即機(jī)器人滾邊工藝(Robot Hemming Process),是一種依靠程序控制機(jī)器人，帶動(dòng)機(jī)器人上的輥邊工具，對(duì)其放置在胎模上的車門、機(jī)蓋等制件進(jìn)行包邊的工藝[1]。其中，輥邊工具、胎模及胎模上的夾具是滾邊工藝的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

2 滾邊工具

滾邊工具是連接在機(jī)器人端頭的機(jī)構(gòu)，主要由連桿、滾軸、滾輪這三部分組成(圖1)，是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人滾邊的重要組成部分。

圖1 滾邊工具

2.1 連桿

連桿是將滾軸與機(jī)器人連接起來的部分，是力量傳輸和控制的關(guān)鍵部件。按結(jié)構(gòu)形式主要分為剛性結(jié)構(gòu)(圖2)、彈簧式結(jié)構(gòu)(圖3)和氣控式結(jié)構(gòu)(圖4)。剛性結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由于周圍沒有管線、軌跡調(diào)試靈活，適用于空間狹小、軌跡復(fù)雜的滾邊。但由于是剛性接觸，滾頭在接觸胎模或制件時(shí)力量很大，對(duì)滾邊工具的壽命和機(jī)器人的精度都有很大的影響。彈簧式結(jié)構(gòu)是在剛性結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在內(nèi)部增加彈簧，以保證滾輪在剛性接觸時(shí)有一個(gè)緩沖力。這種結(jié)構(gòu)的滾邊力源為彈簧力，彈簧的壓縮量靠裝配精度來保證，裝配精度直接影響著力源大小，導(dǎo)致滾邊壓力不可控，調(diào)試?yán)щy。最后一種為氣控式結(jié)構(gòu)，它是在彈簧式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將彈簧更換成氣缸，由可編程序控制器(Progammable Logic Controller，PLC)系統(tǒng)控制比例閥，通過比例閥更改氣壓的大小來控制滾邊壓力。這樣因滾壓力引起品質(zhì)問題時(shí)可不更改軌跡，通過更改輸入氣壓來解決，縮短調(diào)試周期。且滾邊力是由氣缸控制，只要?dú)鈮汉愣ǎ瑢?duì)其裝配精度要求不高。因此，氣控式結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用。

圖2 剛性結(jié)構(gòu) 圖3 彈簧式結(jié)構(gòu)

圖4 氣控式結(jié)構(gòu)

2.2 滾軸

滾軸在使用過程中沖擊力大，因此，對(duì)材料的韌性和抗疲勞強(qiáng)度要求都很高，通過各種材質(zhì)性能對(duì)比和實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證。42CrMo具有高強(qiáng)度的韌性，抗疲勞極限和抗多次沖擊能力強(qiáng)，可用于滾軸。

2.3 滾輪

滾輪是直接接觸制件的部位，它的精度直接影響著產(chǎn)品質(zhì)量。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，滾輪與板件摩擦，當(dāng)生產(chǎn)一定數(shù)量后，滾輪開始磨損變小，接觸面偏移，產(chǎn)品質(zhì)量下降。因此，在量產(chǎn)時(shí)，每生產(chǎn)5 000臺(tái)份后，需要對(duì)滾輪直徑進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)磨損量大于0.2 mm時(shí)，就需要更換新的滾輪，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。

3 夾具定位

滾邊是由機(jī)器人完成機(jī)蓋內(nèi)外板包合的工藝，在滾邊之前，內(nèi)外板是分開的，因此，在夾具定位設(shè)計(jì)時(shí)，內(nèi)外板需要分別進(jìn)行控制定位。

3.1 內(nèi)板定位及夾緊

通常內(nèi)板采用孔定位的方式進(jìn)行定位，為保證最終車門總成精度，減少公差累計(jì)，選取的內(nèi)板定位孔需與內(nèi)板檢具、焊裝內(nèi)板總成夾具和總成檢具的定位孔保持一致。而在沖壓生產(chǎn)制件時(shí)，定位孔的孔精度會(huì)比其他孔的孔位精度高一些，故內(nèi)板定位孔直接沿用前工序的定位孔即可。

為保證在滾邊過程中內(nèi)板位置不會(huì)竄動(dòng)，需在夾具上增加壓緊裝置。常用的壓緊方式如圖5—7所示。

圖5 氣缸壓緊方式 圖6 定位抓手壓緊方式

圖7 翻板機(jī)構(gòu)壓緊方式

氣缸壓緊方式是在產(chǎn)品周圍安裝6～8個(gè)翻轉(zhuǎn)氣缸，采用壓塊對(duì)其內(nèi)板進(jìn)行壓緊。這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低，維護(hù)保養(yǎng)方便。但在機(jī)器人滾邊過程中壓緊臂需隨機(jī)器人滾頭而打開防止干涉，對(duì)節(jié)拍影響較大。

定位抓手壓緊方式是將壓緊點(diǎn)分布在抓手上，待制件放到位后由機(jī)器人將抓手放至內(nèi)板上[2]，再由2～3個(gè)氣缸壓緊抓手，使內(nèi)板固定。這種方式較氣缸壓緊方式來說壓緊更牢固，穩(wěn)定性高。但由于機(jī)器人滾邊過程中需要避開氣缸壓緊位置，導(dǎo)致軌跡避讓點(diǎn)多，滾邊程序復(fù)雜，影響節(jié)拍。

翻板機(jī)構(gòu)壓緊方式是在抓手定位壓緊方式的基礎(chǔ)上，將壓緊氣缸改為翻轉(zhuǎn)氣缸。不僅提高了壓緊的穩(wěn)定性，對(duì)機(jī)器人滾邊軌跡調(diào)試限制少，可有效提升節(jié)拍時(shí)間，提高滾邊質(zhì)量[3]。

3.2 外板定位及夾緊

通常外板制件造型簡(jiǎn)單，很少甚至沒有孔位，按內(nèi)板的孔定位方式已無法實(shí)現(xiàn)。需采用邊定位和吸盤相結(jié)合的方式進(jìn)行外板定位。

常用的邊定位方式有兩種，分別是翻轉(zhuǎn)導(dǎo)向塊定位(圖8)和彈簧塊定位(圖9)。翻轉(zhuǎn)導(dǎo)向塊是通過氣缸將導(dǎo)向塊翻轉(zhuǎn)至外板邊沿，在機(jī)器人滾邊過程中，滾頭經(jīng)過時(shí)導(dǎo)向塊需臨時(shí)打開避免與滾頭干涉。這種方式由于需要多次打開，外板定位精度相對(duì)較低。彈簧塊定位是定位塊由彈簧支撐安裝在外板邊沿，當(dāng)機(jī)器人滾頭經(jīng)過時(shí)，定位塊被滾輪壓下，滾輪離開后，定位塊通過彈簧彈力頂起[4]。相比翻轉(zhuǎn)導(dǎo)向塊定位，彈簧塊定位結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，不影響節(jié)拍時(shí)間，被廠家廣泛應(yīng)用。

圖8 翻轉(zhuǎn)導(dǎo)向塊定位 圖9 彈簧塊定位

均勻支撐結(jié)構(gòu)如圖10所示。

圖10 均勻支撐結(jié)構(gòu)

吸盤是外板定位的輔助機(jī)構(gòu)。它是通過真空發(fā)生器將吸盤和外板形成的腔體抽成真空，通過真空吸附外板，達(dá)到固定的作用。一般會(huì)在吸盤周圍設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)，當(dāng)支撐不均勻時(shí)，吸盤吸力會(huì)造成外板傾斜，這樣不僅會(huì)在外板制件上留下硌痕，也會(huì)造成制件與胎模不貼合，導(dǎo)致滾邊質(zhì)量下降[5]。因此，在吸盤位置設(shè)計(jì)時(shí)，需要在吸盤周圍均勻設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)(圖10)保證制件穩(wěn)定。

4 胎模型面主要工作部位參數(shù)

滾邊是依靠滾輪對(duì)外板進(jìn)行2～4次壓合，最終完成內(nèi)外板滾邊包合的工藝[6]，在滾邊過程中，胎模四周邊沿是主要工作部分，其結(jié)構(gòu)樣式直接影響著滾邊質(zhì)量，經(jīng)過多種車型驗(yàn)證和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)累積，將其參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，為后期設(shè)計(jì)提供方便(圖11)。

圖11 胎模型面參數(shù)

5 結(jié)束語

滾邊工藝已越來越多應(yīng)用在各大車企中，為保證最終產(chǎn)品質(zhì)量，需要對(duì)滾邊工藝深入分析，對(duì)滾邊工具、壓緊定位方式以及胎模結(jié)構(gòu)參數(shù)等進(jìn)行總結(jié)，了解每種結(jié)構(gòu)對(duì)滾邊質(zhì)量的影響。另外，內(nèi)板法蘭面的質(zhì)量和外板的翻邊高度等都對(duì)滾邊質(zhì)量有影響。這就需要在整改問題的同時(shí)不斷分析總結(jié)，進(jìn)而提升其工藝水平。