滾邊機器人在四門二蓋中運用

劉 陽

（杭州吉利汽車有限公司，浙江 杭州 310000）

1 引言

汽車四門二蓋（左前車門、右前車門、左后車門、右后車門、前蓋、后蓋）內外板之間裝配不能采用焊接工藝[1]，傳統四門二蓋包邊工藝需起重機或其他裝（承）載設備將模具吊裝搬運到液壓機上固定，人員將沖壓零部件內外板放入模具內。通過液壓機往復行程運動，控制模具上模使其與下模沖壓完成包邊，人員搬運沖壓內外板零部件易出現邊角磕碰，板件表面劃痕等質量風險，生產過程中也常因沖壓零部件會在模具內產生金屬或其他灰塵雜質進行停機擦模，造成等待時間成本浪費，這也一直是汽車制造行業內普遍現象。近幾年汽車行業各大汽車廠商車型更新換代快，周期短，相配套四門二蓋模具開發時間長，研發費用高，維護成本大等原因促使滾邊機器人設備得到廣泛推廣，機器人滾邊技術可根據實際生產節拍需要采用一機多模或一模多機的工藝方案生產加工產品，也可根據車型的生命周期隨時更換滾邊壓合夾具來實現產品的更新換代[2]，運用機械手搬運解決人工誤操作大大降低生產過程中人工成本同時滾邊機器人與傳統液壓機包邊工藝一樣滿足汽車開啟件標準要求，任何新的設備技術在運用過程都會出現一些特有的小問題點。本文主要針對滾邊機器人和在生產過程中造成產品質量工藝問題解決措施進行簡單介紹和學習。

2 滾邊技術及工藝

2.1 機器人介紹

目前市場上提供機器人廠家很多如Fanuc（發那科）、ABB、KUKA（庫卡）、Yaskawa（安川）、SIASUN（新松）等等用戶可以根據使用習慣和實際要求選取不同廠家機器人，機器人廠家對滾邊技術運用要求標準都很清晰，只需要把機器人承載能力和工作范圍還有現場工藝要求確定下來即可[3]。滾邊技術是在工業機器人基礎上工作的，工業機器人手臂的六軸（機器人末端）上通過法蘭盤剛性連接滾輪來控制滾輪頭運動，四門二蓋滾邊是通過機器人控制系統控制機器人六軸上的切換盤夾具抓手在轉臺上抓取沖壓內外板件固定到胎膜上，工業機器人開始使用滾邊頭在胎膜上完成滾邊。

2.2 滾輪介紹

滾輪是滾邊機器人重要組成工具之一，主要是將機器人抓手放置在胎膜上沖壓外板零部件邊緣部分與沖壓內板零部件重合包起來，將兩個獨立個體，組合成一個整體過程。滾輪包邊總體概括為兩大部分，第一部分叫預包邊，第二部分叫終包邊，滾輪包邊并不是機器人只需在沖壓外板件輪廓邊緣邊進行二次就可以，只要滾輪沒有完成最終一次包邊都屬于預包邊，目前針對四門二蓋采用最多的是二臺到三臺工業機器人同時用滾輪對沖壓板件進行三到四次包邊。

2.3 滾邊工具構成及分類

滾邊工具基本構造（圖1）是由包邊輪、軸、彈簧、端蓋構成，包邊輪通過軸承固定在軸上，機器人受控制系統使滾輪在沖壓板件上運動的力度由軸傳遞給彈簧到端蓋傳感器，用戶根據所選取材料和現場調試需求對壓力值進行調節。

圖1 滾邊工具基本構造

2.3.1 滾邊輪分類

根據不同零部件現場工藝要求，滾邊輪主要分為二邊輪，多邊輪，非標輪，氣動伸縮輪，本文介紹的多邊輪（圖2）在四門二蓋生產現場運用，多邊輪在對不同沖壓外板件進行包邊會根據不同類型包邊成型效果會將滾輪設計不同形狀，某車型四門二蓋預包邊滾輪分別采用的是內錐輪、外錐輪、柱輪，終包邊采用水滴輪和指輪，不同部位不同角度所使用的滾輪不同，具體采取哪些滾輪組成一套完整滾邊工具完全由車型和相應沖壓外板零部件決定的。

圖2 多邊輪

2.4 滾邊工藝

完整、成型美觀、表面光滑的四門二蓋通常會由以下五種滾邊工藝中一種模式完成，滾邊工藝包邊主要由三道滾邊，四道滾邊，五道滾邊，機器人控制滾輪不同角度對沖壓外板件進行包邊，根據四門二蓋不同位置，不同板材采取不同方案。

第一種三道滾邊（圖3）90°→45°→ 0°；

圖3 90°→ 45°→ 0°

第二種四道滾邊（圖4）90°→ 60°→ 30°→ 0°；

圖4 90°→ 60°→ 30°→ 0°

第三種四道滾邊（圖5）130°→ 90°→ 45°→ 0°；

圖5 130°→ 90°→ 45°→ 0°

第四種五道滾邊（圖6）130°→90°→ 60°→ 30°→ 0°；

圖6 130°→90°→ 60°→ 30°→ 0°

第五種五道滾邊（圖7）180°→ 145°→ 95°→ 45°→ 0°。

圖7 180°→ 145°→ 95°→ 45°→ 0°

2.4.1 滾邊速度

機器人滾邊滾輪運行速度是影響產品質量和設備狀態的因素之一，機器人在滾邊要控制好滾壓部位速度和角度，速度過快可能會造成零部件起皺、同時滾輪硬度大于胎膜硬度，防止滾輪進入沖壓零部件切入點位置不當對胎膜磕碰，速度過慢，則會降低生產效率，對能源與人員等待成本浪費，根據現場經驗總結以ABB 機器人對某車型四門二蓋為例，直線速度200m/s-500m/s，曲線速度50m/s-100m/s，具體采取速度值受現場零部件滾邊角度、形狀、滾邊壓力合理設置。

2.4.2 滾邊壓力

滾邊壓力大小取決于車型結構復雜性和沖壓零部件板件的材料，滾輪壓力調整過大會導致包邊好零部件出現開裂，褶皺，壓力過小會出現板件回彈，包邊過松終包邊角度及變形量增大，滾壓頭壓力控制不均也會出現眾多質量問題，現以ABB 機器人對某車型四門二蓋為例，滾邊工具在預滾步驟中所承受的壓力鋼鐵：大約400-700N，鋁材：大約300-650N，終包邊步驟中所承受的壓力鋼鐵：大約1000-1500N，鋁材：大約900-1250N，生產現場要根據零部件結構性，板件材料選擇，機器人選型合理控制滾壓壓力，保障產品質量。

3 四門二蓋滾邊技術常見質量問題

四門二蓋是汽車整體構架展現給消費者和大眾最直接的位置，四門二蓋產品質量，裝配精度直接影響著整車的美觀性、使用者舒適度及對品牌價值的滿意度，現對一些滾邊常見問題點做出原因分析，提供一種方案參考。

3.1 前蓋左右下尖角外漲且不一致

3.1.1 原因分析

（1）外板單件左右尖角的翻邊R 半徑大小不一致，圖8；

圖8 前蓋左右下尖角外漲且不一致

（2）板件在胎模上定位后，與胎模基線相對位置狀態不一致。

3.1.2 解決策略

（1）修復零部件外板單件：兩側尖角翻邊R 可開角修復一致，規避翻邊出現尖角或硬點；

（2）由于在胎模上定位后，左右縮進狀態不一致。外板輪廓不予整改，故需調整定位或調整滾邊軌跡基準位置。

3.2 前蓋左右后部短邊肥邊

3.2.1 原因分析

（1）外板單件存在平面棱線不順，與總成狀態一致；

（2）涂裝工藝缺陷。

3.2.2 解決策略

（1）整改外板單件：通過油石劃線，要求線條均勻連貫；

（2）涂裝整改：確認總成和電泳件沒有高棱為前提；

（3）到涂裝對比電泳件和油漆件狀態。

3.3 前蓋左側后部上尖角與膠槽干涉

3.3.1 原因分析

前蓋左側平行面差，可將左側短邊的包邊長度減少了約1.5cm，從而折邊角度減小的翻邊與總裝的膠槽干涉圖9。

圖9 翻邊與總裝的膠槽干涉

3.3.2 解決策略

延長包邊長度如圖所示：

3.4 前蓋左側直邊后部棱線凹陷

3.4.1 原因分析

板件在HD080 工位胎模上定位后，內板輪廓頂到了外板的內R 角上（圖10），在預包邊過程中，滾輪從翻邊根部壓板件時，受內板支撐的影響，翻邊折彎效果減小，板件由胎模面向上（既壓力方向）變形（圖11）。

圖10 外板的內R 角

圖11 板件由胎模面向上變形

在080 預包邊工位完成后，此處的R 相比旁邊的R 較大，且面品在胎模上翹起。另外HD080 和HD090 的內板定位不同，在090 終包邊工位此處的內外板間隙有所改善，未干涉。

雖第三道滾邊對此處R 大小進行了改善，但因面品在胎模上翹起，結合第三道滾邊的施力方向（圖12），板件R 角面與滾輪接觸面大，加劇了外板輪廓縮進量，從而使內板頂到外板間隙的包邊，不但沒有脹出，反而縮進。

圖12 件R 角面與滾輪接觸面

3.4.2 解決策略

（1）（現場驗證件有明顯改善效果）整改內板單件輪廓：據前蓋特殊情況，整改后內外板間隙不小于0.5mm 即可；

（2）調整滾邊角度：增加第一道折邊角度，壓力不做修改。（此方案可暫時修復，不能做永久措施。可做臨時措施。）

3.5 四門形狀凸起變形

3.5.1 原因分析

車門斷面比較窄的部位和門外板的翻邊角度有密切關聯，當夾角α 超過105°時，極易出現這類問題。若45°滾輪與翻邊接觸時，當作用力的方向與翻遍面平行，零件斷面則產生凸起變形。

3.5.2 解決策略

（1）設計包邊機時，要注意門外板翻邊角度，一般在90°～105°之間，不會產生此變形，超過105°時，必須認真考慮結構設計。

（2）修正45°包邊滾輪角度，使包邊力減小。

（3）適當加大壓料力。

3.6 車門外表面凹陷變形

本文所指是發生在剛性薄弱的斷面上的凹陷，與包邊面無關。

3.6.1 原因分析

第一個是車門外板零部件本身表面就有凹陷，第二個是與車門外板沖壓零部件翻邊角度有關，當夾角超過105°時，而45°包邊滾輪角度不對，就會在包邊中產生凹陷（圖13）。第三個原因是門外板和門里板間隙的影響，一般認為合理的間隙值為2.0mm，合理把控間隙上下的公差。當間隙值過小，門外板翻邊在45°彎曲時，就會碰到門里板的凸緣邊，使門外板翻邊彎曲受到限制，門外板表面材料受到拉力作用，剛性薄弱的形狀面就產生凹陷。在包邊的動態中，保證2.0mm間隙穩定，是很重要的。特別指出的是，在前門外板的車輪曲線部位，材料在沖壓翻邊成行時，受到徑向拉伸力的作用，翻邊后剛性增大。在45°包邊時，這部分材料再次受到徑向拉伸力的作用。因此，需要對這部分翻邊施以較大的力，才能使其變形，但又容易使門外板在包邊過程中產生竄動，與門里板的間隙變小，造成外板變形。

圖13 包邊中產生凹陷

3.6.2 解決策略

調整45°包邊滾輪角度，縮小45°包邊力。適當調整增加壓料力，保證門外板在包邊過程中穩定牢固。確保門外板與門里板間隙在2.0mm 左右（靜態或動態狀態下都可以）。

4 結語

滾邊技術在汽車制造業主要運用在四門二蓋，相對傳統液壓機包邊具有一定優勢。滾邊技術出現加快汽車產業換代周期和產品的更新，補充設備裝備領域的完善。本文為滾邊設備技術構造工藝原理和質量產品缺陷問題學習提供新思路和參考價值。