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机器人滚边压合技术应用作者:撰文／长春大正博凯汽车设备有限公司刘殿福机器人滚边压合技术，现在已经被应用于轿车白车身关键部件的包边制造中，主要部件有顶盖天窗、发动机罩盖、行李厢盖、车门、翼子板和轮罩。随着汽车工业的迅猛发展，车型的更新换代加速，各大汽车制造厂家为了缩短产品的开发周期、降低开发成本，广泛采用柔性化生产技术。这样，机器人滚边压合的这项柔性化生产技术成为轿车产品开发首选应用技术。机器人滚边压合技术的柔性化主要体现在两方面：一方面该技术可以根据实际生产节拍需要，采用一机多模或一模多机的工艺方案生产加工产品；另一方面根据车型的生命周期可随时更换滚边压合夹具来实现产品的更新换代。图1展示的是典型的一模多机的机器人滚边压合，四个机器人同时完成一个行李厢盖的滚边压合。图2是一个机器人完成两个车门滚边压合的实例。图1、图2所示均是实际生产应用的工位，如其相对应的产品需要改型，一般来说，只需要更换机器人滚边压合底模，压料板即可以实现产品转型。工艺方法机器人滚边压合技术主要包含机器人滚边压合的工艺方法、机器人控制技术和机器人滚边压合设备的制造技术。机器人滚边压合的工艺方法将根据不同类型的工件、同类型工件的不同结构形式特点制定工艺方案。工艺方案可以展现出不同制造厂家的制造风格，特殊的制造方案也可以显示出制造厂家掌握机器人滚边压合技术的程度。汽车顶盖天窗的滚边压合的工艺方法目前有分四次压合和六次压合两种方法。图3显示分六次滚压成型过程，每次压合角度依次为30°、60°、90°、120°、150°和180°。图4所示是顶盖天窗分四次滚压成型的工艺过程，每次压合角度依次为30°、90°、120°、180°；四门和后盖一般采用三次滚压成型法，每次压合角度依次为30°、60°、90°。也有采用两次滚压成型法的，在局部曲率变化大、形状复杂的部位配以多次滚压法完成滚边压合；前盖多采用3次滚压成型法，欧式压合采用四次滚压成型法；轮罩、翼子板一般也采用3次滚压成型法。机器人滚边压合和机械压合对冲压件的要求不同，采用机器人滚边压合要求工件外板的反边角度最好控制在95°~105°范围内，这样每次滚压的角度控制在35°以内可以实现理想的滚压成型。冲压件的成型角度受结构形式的限制不可能完全控制在105°以内，如个别区域翻边角度达到120°，也可以完成正常的滚压成型，若翻边角度超过120°甚至超过130°则要增加预翻边工序；冲压件的翻边高度一般要控制在11mm以下，在曲率变化大形状陡变区域翻边高度控制在4mm左右为宜。冲压件的最大外形尺寸与滚边压合后的总成外形尺寸变化不大，压合预留量为0~0.1mm。采用机器人滚边压合对工件的内板要求也较高，在工件内外板的结合面，要求工件内板平整，无明显波浪、凹坑、凸起等缺陷。选择机器人确定机器人滚边压合的工艺方法和对冲压件的要求之后，就需要选择和确定机器人的具体参数。现在机器人有很多种，有KUKA、ABB、FANUC、MOTOMAN等等，具体选择哪一家的机器人要根据不同客户的使用习惯和要求，具体型号则要依据所确定的工艺方案形式要求机器人应具有的工艺参数。机器人的主要参数有机器人承载大小、机器人的工作范围、机器人的运行速度及加速度、机器人运动精度等。目前，机器人的制造厂家非常熟悉采用机器人滚边压合的工艺方法对机器人参数的具体要求，许多厂家制造了专用于滚边压合的机器人。因此选择机器人时只需确定两大参数即机器人的承载大小和机器人的工作范围，机器人的工作范围根据我们的工艺布局和模拟仿真结果来确定，机器人布置在滚边夹具上方则采用下探式机器人。机器人承载大小则根据工艺要求，机器人需要抓多重的物体、机器人工作过程中需施加多大的力及机器人运行速度，目前绝大多数机器人滚边设备制造厂家所采用的滚压工艺方法对机器人的要求只需计算机器人的滚压力即可。机器人滚压过程中，在相同部位，初压和终压的压合力不同，在不同部位的滚压力也不同，根据经验和所了解的多家滚边设备制造厂家所测试结果表明机器人滚边压合所用最大的滚边压合力小于200kg，所以选择的机器人能提供200kg滚压力的用于滚边机器人即可。滚边压合速度是机器人滚边压合的关键参数，一般情况下，机器人的滚边速度设置在平均200mm/s，在滚边曲率变化大、翻边角度大的区域，机器人滚边速度要慢一些，通常在50~150mm/s，相对平直、曲率变化小、翻边角度小的区域滚边速度可适当增大一般在200~300mm/s，机器人轨迹优化较好的也可以达到500mm/s。应用机器人滚边压合技术必须掌握计算机模拟仿真技术，目前国内广泛应用的仿真软件是Robcod。使用Robcod软件按照工艺要求做出离线程序，模拟实际的工作状况，做到预先检查干涉，验证工艺节拍。在现场调试时，将离线程序导入到机器人中，大大缩短现场调试时间，并且可以将调试好的机器人控制程序导入到计算机中，找出离线程序和在线程序差异，总结经验，提高机器人滚边压合的编程水平。压合设备的关键部件应用机器人滚边压合不仅要熟知机器人滚边压合工艺，熟练掌握应用机器人技术，而且还要掌握机器人滚边压合设备的关键部件成型技术。在机器人滚边压合设备中，滚边底模和滚头是核心部件。滚边底模有采用镶块拼装式和整体铸造形式两种，镶块拼装式具有单块体积小，热处理变形小易于加工制造的优点；整体铸造式底模具有强度好，装配调试方便，稳定性好等优点。现在整体铸造式底模成为机器人滚边压合模的主要结构形式。要保证稳定的、高的滚边压合质量，滚边底模就要有高的稳定性和耐磨性能，目前不论是镶块拼装式底模还是整体铸造式底模所使用的材料基本上为两类：风冷钢和球铁，这两种材料都可以做表面淬火，以满足耐磨性能的要求并且在热处理过程中变形较小具有较高的稳定性。当前国外生产的底模主要使用球铁这种材料，在整体加工后做表面淬火，硬度在HRC50以上。表面淬火的方式有火焰加热表面淬火、感应加热表面淬火和激光表面淬火，激光表面淬火相对而言硬度较均匀，变形量较小。由于滚边底模材料较贵，因此在保证足够的强度、稳定性的前提下尽可能降低重量，所以滚边底模都做成镂空结构。如图5所示。滚头是连接在机器人六轴上，有机器人带动按照预先设定的轨迹完成工件滚边压合的关键设备，滚头主要有机器人连接法兰、基板、滚压轮组等组成。设计滚头首先要按工艺要求完成预定的滚边压合，同时还要考虑尽可能使机器人的动作姿态完美顺畅，并且便于安装调试。图6是用于滚压顶盖天窗的滚头，采用的工艺方法是六便成型法，专用轮组3完成一、二遍的翻边，压合轮5完成三、四遍的翻边，成型轮4完成五、六遍的翻边。图7是一个后盖滚边压合用滚头，压合轮-A完成一、二遍翻边压合，压合轮-B完成终压成型，压合轮-C完成灯口处滚边压合。图8是一个车门滚边压合用滚头，压合轮组-A完成门周边的3次滚边压合成型，压合轮组-B完成门内框的滚边压合，压角5完成门棱线的定型。滚头的具体形状及应用要根据具体工件、具体的机器人滚边工艺方法来确定，一种滚头绝非是万能型的通用工具。滚头按结构形式分有刚性连接滚头，机械柔性滚头，气压控制式滚头、液压控制式滚头等。机器人滚边压合技术是多方面技术结合到一起的一项柔性化生产技术，要想掌握这项技术，必须在多方面打好基础，并将其融合在一起，这样才能真正发挥其效用，推动国内汽车制造业的发展。