搜索
生产现场92010年第7期汽车工艺与材料AT&MSHOPSOLUTION机器人滚边技术是汽车制造业中的一项新型技术，具有成形美观、一次性投入少、维护成本低、工装制造周期短并且维护方便、便于柔性化生产等显著特点，在国内外许多大型轿车制造厂中得到运用。目前，机器人滚边技术主要应用于汽车的顶盖、四门、前盖、后盖、乙字板、轮罩等关键部件。机器人滚边技术主要涵盖滚边工艺、滚边设备和控制系统，这项技术的关键在于将这三方面完美地结合。车身关键部件制造的柔性化技术——机器人滚边技术长春大正博凯汽车设备有限公司刘殿福一汽-大众汽车有限公司陈朝明1滚边工艺根据所要加工零件的材料性能、零件不同区域的成形特点、零件压合后的检验标准、生产节拍等要求，确定不同部位的压合参数（包括压合角度、压合力、压合轨迹、压合轮的极限参数等）和冲压件相关部位的要求。在生产四门、前盖、后盖、乙字板等部件时，滚边过程一般分2~4次完成；在生产顶盖时，滚边过程分4~6次完成。若零件的材料强度大、刚性好，则每次压合的角度要小、压合力要大一些；若零件的曲率变化大，则选用较小的压合角和较大的压合力；若零件表面质量要求不高、生产节拍短，则可相应加大压合角，减少压合次数。由于不同车型的零件差别很大，零件不同部位材料成形特点迥然不同，所以确定具体的压合参数要从实际出发，充分考虑诸多因素的影响，切不可盲目照搬。图1是顶盖天窗滚边的成形过程。2滚边设备2.1滚边夹具系统滚边夹具系统是采用机器人滚边技术进行零件滚边的中心区域。可以采用一台机器人同时配备多套夹具系统，机器人依此在不同底模对不同车型的同类零图1顶盖天窗滚边成形过程SHOPSOLUTION生产现场102010年第7期汽车工艺与材料AT&M件或同车型的不同零件进行柔性化生产，也就是说一个零件滚边工位每班可以同时完成多个零件的柔性滚边生产。至于一台机器人配备多少套夹具，要根据方案所设计的生产节拍。节拍短，该工位同时生产的零件少。滚边夹具系统主要由滚边底模和工件的定位夹紧机构组成。（1）滚边底模滚边底模的作用是给经滚边压合的工件提供轮廓精度保障。现在的生产厂家多采用整体铸造数控加工成形，其型面与零件外板型面吻合。底模的尺寸加工精度直接影响零件滚边成形后的尺寸精度；底模的相对位置精度差会给机器人压合调试带来困难，甚至难以实现；底模的表面质量差将会造成零件表面缺陷；底模的耐磨性将决定它的使用寿命。因此，设计底模时，必须考虑到材料的耐磨性、稳定性、热处理工艺的可行性、底模的加工精度要求。底模一般都比较大，整体重且所用材料比较贵重，所以在保证模具的强度、刚性前提下，尽可能减小其结构尺寸、减轻其质量，这样可以降低成本，也能给加工、安装带来方便。（2）定位夹紧机构定位夹紧机构的作用是保证工件的准确定位和可靠夹紧，是保证滚边质量的重要组成部分。定位方式有基准孔定位和外形定位。外板优选基准孔定位，如外板上无定位孔则选用外形定位，外形定位机构所选择的位置和数量要保证定位准确、稳定，在机器人滚边压合过程中既不妨碍机器人滚边又能保证工件在整个过程中没有窜动。内板定位优选专用定位孔，因为滚边过程中，定位孔每个方向上都可能受力，而且受力不均衡，专用定位孔已经充分考虑到这些因素，无论从结构还是在零部件的位置都能满足要求。其次选择较大的、结构刚性较强的定位孔。定位夹紧机构有机器人抓持式、摆臂式、压合式等。应在满足生产工艺要求的前提下，优先选择能使机器人轨迹比较流畅的机构。不论何种定位夹紧机构，在设计过程中都不能忽视其可调整性，否则会给装配调试带来麻烦。图2是顶盖滚边夹具系统。底模是整体铸造数控加工成形的。顶盖外板采用外板天窗和车顶部型面定位，顶盖内板以天窗口和外板型面定位。夹紧机构采用摆动机构。在这套系统中增加了4个辅助支撑。图3是后盖滚边夹具系统。底模是整体铸造数控加工成形的。外板定位用外板的外形和外板型面，内板选用基准孔做定位。定位夹紧机构采用摆动机构。2.2滚轮系统滚轮系统是直接执行滚压工件的系统，它的作用是在机器人的带动下按照预先编制的程序完成产品的压合过程。滚轮系统是完成零件压合成形的关键，该系统的优劣将影响到滚边压合的质量和生产节拍。图2顶盖滚边夹具系统图3后盖滚边夹具系统生产现场112010年第7期汽车工艺与材料AT&MSHOPSOLUTION滚轮系统包括滚轮基体和轮系基本结构。有些厂家根据实际工况和具体情况增加了气动、液压或机械缓冲结构。（1）轮系轮系主要由不同的压合轮和其连接机构组成。压合轮直接与零件接触，承受着较大的摩擦力，因此设计压合轮时必须考虑到其工作特点，应设计制造高耐磨性的具有足够的抗压强度和低摩擦因数的压合轮。压合轮常用的有锥轮、直圆柱轮、成型轮，还有根据零件具体特点设计的专用特殊轮，应根据零件的成形要求、滚压工艺特点、定位夹紧机构等综合因素加以确定。图4是滚轮系统的部分结构。（2）滚轮基体滚轮基体起到承上启下的作用，向上与机器人六轴连接，向下将所有压合轮准确可靠地固定成一个整体。滚轮基体的制造精度不仅影响机器人在线编程，而且对将来的维护产生重要影响，该件的制造精度太差，尤其是压合轮的角度偏差过大会造成系统的部分功能丧失而无法使用。所以，滚轮基体的设计不仅要有足够的刚度、强度，而且要有高的制造精度和稳定性。3控制系统控制系统主要控制机器人的运动以及系统之间的协调动作。滚边过程首先是将要压合的工件（包括内板、外板）放到底模上，人或上件机器人退出图4滚轮系统的部分结构滚边机器人工作区域并且向控制系统发送信息，同时工件检测传感器将检测到工件的信息传递到控制系统，控制系统向定位夹紧机构发出指令，夹紧机构将工件夹紧并发出信息，控制系统得到信息后发出指令给机器人，机器人得到指令后将按照预先编制的机器人控制程序带动滚轮压合工件。控制程序是这个系统的核心部分。该程序首先是根据滚边工艺要求，按照理想状态在计算机中做离线编程，程序编好以后，在计算机中做模拟、仿真，以此来检验设计是否满足工艺、产品要求。经过模拟、仿真之后，可以减少由设计失误而带来的损失，相应减少安装调试周期，降低成本。在现场调试阶段，控制程序还要根据冲压件的具体状态、机械设备的实际状况进行修改、完善和优化，所以现场调试仍有大量的工作来修正控制程序，因此在线调试工程师要有丰富的现场调试经验，以应对现场复杂的问题。控制程序编制的优劣对滚边产品质量（避免出现尖角、堆料、皱褶、波浪、外板表面坑/包）具有至关重要的影响，要掌握机器人滚边技术必须攻克这一难关。4机器人滚边成形常见的质量缺陷及解决措施4.1角部缺陷（1）外板包不住内板外板包不住内板的主要原因是内、外板冲压件的翻边高度不匹配（顶盖天窗滚边），外板冲压件高度与内、外板边缘间隙不匹配或滚边压合轨迹调整不合理（顶盖天窗滚边）所致。出现问题要首先对照内、外板图纸检查冲压件及压合件，逐项检查。若是机器人轨迹问题，应及时修正轨迹；若是匹配问题，必须修改冲压模具，从根本上解决问题。（2）堆料起皱造成堆料起皱的原因有外板的翻边高度过高、外板的翻边角度过大、滚边轨迹不合理、滚边速度过大等，可以采取降低滚边速度、修改滚边轨迹、SHOPSOLUTION生产现场122010年第7期汽车工艺与材料AT&M减少滚边角度、增大成型轮的滚边压力等方法予以解决。外板角部的翻边角度通常不大于105°，如冲压件必须大于此角度，则需适当降低翻边高度或在适当位置开口。（3）出现尖角造成尖角的主要原因是滚边程序不合理或工件定位不可靠，以及在机器人滚边过程中出现的工件窜动。出现这种现象，应首先检查外板的定位准确性和可靠性，若此项没有问题则再调整此处的初压角度和机器人轨迹，使外板在初压过程中充分收缩，产生足够的塑性变形以保证昀终的产品质量。4.2直边波浪变形直边波浪变形主要是压合力边差大、压合角度大造成的，可通过调整压合力和压合角度予以解决。4.3滚边成形后外板表面缺陷滚边成形后外板表面缺陷有凹坑、波浪、压痕。压痕主要是在冲压过程中产生的，可通过修改模具解决。表面坑包和波浪则是一个综合性的问题，它和底模与工件外板匹配关系；底模与定位夹紧机构对应关系；定位夹紧机构的定位点位置、数量，夹紧点的位置、数量，夹紧力的大小；滚边压合程序是否合理；滚边压合力大小是否合适等因素有直接关系。必须深入实际，了解具体问题，详细分析问题区域、相关单元、结构及程序，逐一排查，才能找到问题所在，将其有效解决。另外，零件的内板与外板的结合面质量对外板表面缺陷具有至关重要的影响，若零件的内板与外板的结合面有凹坑或凸起，则外板表面必有凹坑或凸包。AT&M对执行质量定心、几何定心工艺过程做了较全面的技术经济分析，一方面指出了几何定心方式渐成主流这一发展趋势的必然性，另一方面借助对两者的客观评价为企业提供了工艺设计的依据。介绍了近年发展起来的CDM技术，通过案例对如何利用统计分析和数据处理以有效提升几何定心工艺的运行质量作了阐述。大众动力总成（上海）有限公司朱正德曲轴典型加工工序演变提供的启示1曲轴粗加工工序的演变曲轴粗加工工序主要包括：在完成了工件毛坯铣两端面和打中心孔之后，对主轴轴颈、连杆轴颈及法兰和小头两端进行加工，有时还需按某些产品的要求，对平衡块的侧面进行加工。20世纪70、80年代，曲轴粗加工采用的方式经历了由多刀车床车削的传统工艺逐渐过渡到以采用CNC车削、CNC外铣加工为主的工艺模式，使工件的加工精度、适应多品种生产的柔性和质量的稳定性都有了明显的改善。90代前后开发出的曲轴车拉、车-车拉工艺，更以其所具有的加工精度高、工作效率