尹邦文

摘 要：機器人滾邊是一項先進的白車身制造技術，主要應用于車身的四門兩蓋、頂蓋、翼子板等關鍵部件的滾邊成型。該技術因其自動化程度高、維護成本低、柔性化生產好、成形美觀、占地面積少等優(yōu)勢受到了眾多國內外車企的青睞。本文介紹了機器人滾邊的工藝特點、機器人滾邊系統(tǒng)組成、滾邊質量影響因素等，并通過實例進行了探討和研究。

關鍵詞：機器人滾邊;白車身;滾邊質量

1 機器人滾邊工藝

包邊工藝是一種通過塑性變形的方法將已翻邊外板沿著內板的邊緣折彎、壓緊，從而使兩層板件固定在一起[1]。在機器人滾邊工藝推廣之前，模具包邊和專機包邊是各大車企常采用的包邊方式[2]。模具包邊是利用安裝在壓機上的模具完成內外板件的包邊，如圖1所示。模具包邊一般有預彎、壓死兩個步驟，這兩步由下模預彎塊和上模本曲仞在一道工序中完成[2]。模具包邊適用于大批量單一品種生產，具有效率高、包邊質量穩(wěn)定等優(yōu)勢，但是其一次性投入高，占地面積大，柔性化程度低。

專機包邊的原理與模具包邊類似，利用氣缸、液壓缸或者伺服電機的作用力實現(xiàn)包邊，如圖2所示[3]。與模具包邊最大的區(qū)別在于，專機包邊的夾緊定位、預包邊及終包邊等工序需分步進行[2]，故生產效率較低，但柔性化程度比模具包邊高，占地面積也小。

在各大汽車企業(yè)競爭趨于白熱化的今天，技術創(chuàng)新是贏得進一步發(fā)展的關鍵。機器人滾邊工藝作為一項新型的白車身制造技術也迅速取代了傳統(tǒng)的包邊工藝。它是利用工業(yè)機器人操縱滾邊工具多次滾壓已翻邊的外板件，使外板的翻邊部分發(fā)生折彎邊形將內板包裹住而實現(xiàn)包邊。與傳統(tǒng)包邊工藝相比，機器人滾邊有柔性化程度高，工位占地面積少，投資成本低等優(yōu)勢。下圖展示了機器人滾邊的主要步驟。

翻邊：

滾邊的前，需要將外板件邊緣沖壓出一圈翻邊，翻邊高度一般控制在7 mm～12 mm，翻邊角控制在90°。若板件邊緣的曲率變化較大，翻邊角可以適當增大，但一般不超過105°，否則容易使包邊產生波浪、堆料起皺等缺陷。

預包邊：

預包邊一般有2～3道滾邊，具體可根據板件的包邊特點實施。

第一道滾邊：滾邊的折彎角度一般為 30°，但有時翻邊與板件擠壓易產生波浪變形影響產品外觀。此時，可適當減少折彎角度。具體以翻邊不產生波浪變形為要點確定折彎角度。

第二道滾邊：此時滾輪的壓合力要比第一道大，折彎角度一般為60°，其他參數與第一道滾邊基本一致。翻邊部分如出現(xiàn)波浪變形，則可與第一道滾邊處理方法一樣調整折邊角度，直至波浪消除。

終包邊：

終包邊是滾邊工藝的最后一道工序，需要將翻邊完全壓貼，滾輪表面與胎膜表面平行，且要控制兩者之間的間隙，以保證包邊有一定的過壓量，過壓量大小以具體工藝要求為準。

2 機器人滾邊系統(tǒng)組成

機器人滾邊系統(tǒng)一般由工業(yè)機器人、控制系統(tǒng)、滾輪系統(tǒng)、定位夾具系統(tǒng)、柔性切換單元等組成。

2.1 機器人

機器人是滾邊操作的主體，車企常用的機器人品牌有FANUC、KUKA、ABB等，通常采用自由度高的6軸機器人負責滾邊工藝[4]。機器人的工作范圍和承載能力是選擇機器人的兩項重要指標，需根據滾邊工位的工藝布局、機器人所抓板件的重量、滾邊壓合力的大小以及生產節(jié)拍等工藝要求來確定。

2.2 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)主要由可編程控制器（PLC）、傳感器、顯示器等組成。機器人、滾輪系統(tǒng)、夾具系統(tǒng)、安全保護系統(tǒng)等在控制系統(tǒng)指令的控制下，形成了一個完整、有序的滾邊系統(tǒng)。

2.3 滾輪系統(tǒng)

滾輪系統(tǒng)是機器人滾邊的執(zhí)行工具，由滾輪和滾輪基體裝配而成。該系統(tǒng)設計、制造的好壞會直接影響滾邊的質量和效率，嚴重的會造成板件報廢，增加生產成本。一方面，滾輪直接與板件接觸，需要承受較大的壓力和摩擦力，因此設計滾輪時必須要選擇耐磨性高且具有足夠抗壓強度的材料;另一方面，滾輪是通過滾輪基體與機械臂連接在一起，滾輪基體的剛度、強度及制造精度對滾邊質量也有很大的影響。機械臂、滾輪基體、滾輪三者之間通過法蘭緊固，它們之間的裝配精度也會影響到滾邊質量。滾輪系統(tǒng)在設計之初就要將這些因素與具體板件材質、板件成型的工藝要求等結合起來考慮。另外，為了確保滾輪系統(tǒng)有較高的柔性，一個滾輪基體會安裝多個不同形式的滾輪。如圖4所示：

2.4 夾具系統(tǒng)

夾具系統(tǒng)主要由支撐板件的滾邊胎模和緊固定位板件的定位夾緊機構組成[5]。許多車企利用一臺機器人同時配備多套夾具系統(tǒng)的高柔性化生產方法，實現(xiàn)了一臺機器人完成不同車型的同類零件或相同車型的不同零件包邊。具體配備多少套夾具根據產線的生產節(jié)拍確定，節(jié)拍長，該工位可同時生產的零件多。

2.4.1 胎膜

胎膜作為滾邊系統(tǒng)中板件的承力機構，其作用是在滾邊時支撐板件、確保板件的輪廓精度，一般由胎膜支架和胎模工作面構成。由于胎膜在滾邊時承受了所有的壓邊力，所以要求胎膜有足夠高的剛度、強度。另外，由于外板件在滾邊時和胎模工作面是緊密貼合的，胎模的加工尺寸精度和表面質量會直接影響板件的質量，如胎膜表面質量不良，會導致板件在滾邊后出現(xiàn)凹凸不平、凹坑、壓痕等質量缺陷，所以又要求胎膜有較高的耐磨度。目前支架和胎膜多采用球鐵、風冷鋼等材料鑄造后數控加工成形。

2.4.2 定位夾具

由于車身覆蓋件是薄鋼或薄鋁板件，其剛性差，為了保證板件之間定位準確、夾緊可靠，必須通過專門的定位夾具將板件固定到胎膜上。板件常用的定位方式有基準孔定位和外形定位兩種[5]。滾邊工藝設計時，外板優(yōu)先考慮采用基準孔定位，對于沒有設計定位孔的外板，則采用外形定位。內板定位優(yōu)先選用定位孔，因為內板開定位孔不會影響整車外觀、質量，最重要的是采用孔定位可以很好地承擔滾邊時內板受到的各向不均衡力;圖5所示，下圖為某車型引擎蓋的滾邊胎膜和定位夾緊夾具。

3 機器人滾邊質量控制

機器人滾邊質量的優(yōu)劣會對車身外觀及裝配精度產生直接影響。影響滾邊質量的因素很多，如板件翻邊高度、機器人滾邊程序、滾輪壓合力、滾輪尺寸及形狀、滾輪的行進速度和路線、胎膜表面質量、定位夾具精度等，任何參數設置不合理都可能導致板件出現(xiàn)尖角、起皺、波浪變形、撕邊及外板表面凹陷等質量問題。

3.1 機器人滾邊質量影響因素

3.1.1 板件翻邊高度

翻邊參數直接影響板件質量和生產成本。翻邊高度太高可能會導致板件堆料起皺。為了不廢料，需要人工打磨修整起皺的翻邊，翻邊模具也需要修整，以獲得合適的翻邊高度，這會花費大量的人力物力，增加生產成本;翻邊高度過低則會出現(xiàn)包邊不牢等問題，導致板件強度不足或整車裝配完成后出現(xiàn)漏水等質量隱患。因此，合理的翻邊高度對于白車身制造的提質、降本意義重大，在翻邊開模前需要反復驗證。

3.1.2 機器人滾邊程序

滾邊程序包含滾輪行進軌跡、運行速度、機器人姿態(tài)、滾輪切入角度、滾邊壓合力等參數，這些參數中任何一個設計有偏差都會對翻邊質量有不利影響。比如滾輪行進的軌跡如果設計不合理就會導致外板包邊不嚴、堆料起皺等缺陷。這些參數需要調試員在生產現(xiàn)場反復調試，不斷修正程序使?jié)L邊質量達到最佳狀態(tài)。

3.1.3 滾輪壓力與速度

滾輪的壓合力過大會導致板件發(fā)生擠壓變形，并且可能在外板表面產生壓印，影響車身外觀質量。而滾邊壓力過小則會造成翻邊彎折變形不充分，產生包邊不嚴的缺陷，有時還會出現(xiàn)堆料起皺。

滾邊速度過快，會導致板件堆料起皺[5]。滾壓速度慢則會增加生產時間，降低生產效率。因此，合理設計滾輪的行進速度和滾輪壓合力是十分有必要的。

3.2 實例分析

3.2.1 某車型后背門撕邊

下圖所示為某車型后背門滾邊撕邊改善前后的照片，通過檢查滾邊軌跡，發(fā)現(xiàn)第一道滾邊的折邊角度偏大，使得該處翻邊在第一道滾邊時便被撕出。

改進措施：調整機器人第一道滾邊的角度，保持在30°左右，并調整滾輪前進的角度，使?jié)L輪的姿態(tài)與翻邊的形變方向大致相同。

3.2.2 引擎蓋水滴邊包邊波浪

如圖所示為某款車型引擎蓋水滴邊波浪，檢查滾邊軌跡發(fā)現(xiàn)水滴邊的第一道預壓的角度過大，且速度快，后續(xù)滾邊無法將其壓平，從而出現(xiàn)水滴包邊波浪情況。

改進措施：調整機器人第一道滾邊的角度，保持在30°左右，并將該處的滾輪前進方向調整為偏向板件內側處，滾輪行進速度調至200 mm/s。

3.2.3 包邊尖角

檢查機器人滾邊軌跡，發(fā)現(xiàn)第一道滾邊的滾輪的角度太大和第三道滾邊壓合力不夠，導致終包邊圓弧不順、包邊不良。

改進措施：調整機器人第一道滾輪的角度，增加第三道壓合力，貼緊并平行于胎膜，使?jié)L輪的姿態(tài)與翻邊的形變方向大致相同。

4 結語

機器人滾邊技術作為新型的車身覆蓋件制造技術，在確保車身覆蓋件外觀精致及高的車身裝配精度的同時，具有柔性化裝配高、一次性投入少、生產環(huán)境優(yōu)異、維護成本低、作業(yè)占地面積小等優(yōu)點。作為一項結合了多方面技術的柔性化包邊技術，需要我們在生產制造中不斷總結經驗、完善技術，從而進一步推動國內汽車制造業(yè)的發(fā)展。

參考文獻：

[1]Livatyali，H.，et a1.，Improvement of hem quality by optimizing flanging and pre-hemming operations using computeraided die design[J].Journal of materials processing technology，2000，98（1）：41-52.

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[3]楊竹君.機器人滾邊工藝及系統(tǒng)研究[D].合肥工業(yè)大學，2012.

[4]李彥賀，李金山，羅光盛.汽車后背門機器人滾邊工藝優(yōu)缺點[J].汽車工藝師，2020（9）：24-26.

[5]劉殿福，陳朝明.車身關鍵部件制造的柔性化技術——機器人滾邊技術[J].汽車工藝與材料，2010（7）：9-12.