基于ABB机器人滚边技术的研究与应用

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　　摘 要 随着“工业4.0”和“中国制造2025”的开展，国内汽车生产行业也在不断转型升级，传统汽车制造技术越来越难以满足大批量高端产品需求，而PLC控制工业机器人实现快速、稳定、精确的智能化生产已成为汽车行业发展的趋势。机器人滚边技术是近年来产生并得到迅速发展的一项车门包边新工艺，该技术具有灵活多变的柔性化特点，在当前汽车行业快速发展的今天更显示出其独特的优势。本文就ABB机器人滚边技术的研究与应用展开探讨。
　　关键词 滚边工艺;机器人;控制系统
　　引言
　　在车身制造工艺中，包边工艺是连接车身封闭件最常用的一种成型工艺。目前最常用的包边工艺有传统包边工艺（压机包边、专机包边）和机器人滚压包边等技术。机器人滚压包边是通过安装在机器人臂上滚边头中的滚轮。在滚边胎模的支撑下沿板件包边型面进行滚压包边的新型内外板连接技术。
　　1 机器人控制系统
　　机器人控制系统用于控制机器人、滚边夹具和转动架台的动作，以及机器人与滚边夹具、换枪架台、安全光栅和安全门等系统之间的通信，控制协调整个滚边工作站系统中所有工作单元间的动作及顺序，并对整个系统进行故障检测及报警监视。机器人控制程序是整个机器人滚边系统的核心。在滚边的轨迹线上根据板件的变形复杂程度设置坐标点，然后用样条线将所有坐标点连接起来，拟合成机器人的滚边路径。必须合理设置坐标点的位置和密度，机器人的轨迹才能满足设计要求。在设计过程中，利用仿真平台对机器人滚边系统进行模拟仿真，并生成离线程序，在现场调试阶段，只需要根据具体的冲压板件的外形尺寸及状态进行微调，并对离线程序修改完善，缩短现场调试时间，提高工作效率[1]。
　　2 机器人滚边工艺
　　机器人滚边工艺是由机器人按预定的程序和轨迹控制滚边工具的运动，将部件按相应程序进行折边的包边工艺。其包边过程同传统包边形式相同，分为三个步骤：翻边，预包边，终包边，将经过冲压翻边的板料折叠到1800，提高零件的外观，保证外表面的光整平滑，没有压痕、凹陷、凸包、褶皱等质量缺陷，提高汽车的整体外观和密封性能，同时增强整体的强度和刚性[2]。
　　3 机器人及其控制系统
　　机器人控制系统主要用于控制滚轮的运动轨迹，以及机器人与其他相关系统之间的通信（包含胎膜定位工装控制系统、安全系统等）。由机器人按预定的程序和轨迹控制滚边工具的运动，将部件按相应程序进行折边处理。滚边过程由机器人抓持滚边工具执行滚边程序，依次完成整个板件的滚边。针对不同几何形状的零件，采用不同的机器人程序，因此对不同零件具有柔性。
　　4 机器人滚边质量鉴定及缺陷分析
　　在汽车门盖完成滚边加工后，首先操作者对完成工件进行目视检查，检测是否存在明显滚边缺陷，在目视检查的合格品中，随机抽取工件进行专业检测，检查翻边牢固程度和胶固化强度，并使用三坐标测量仪对门盖边缘及整车匹配精度进行测量，當选取的测量点的实际尺寸与设计尺寸存在的偏差值大于规定，则判定该工件滚边不合要求。滚边侧和工件表面无开裂、裂纹及边缘褶皱现象;外板翻边后与内板包合情况良好，经测量压合处间隙小于1mm，符合设计要求;翻边圆角无变形，经卡尺测量尺寸合格。滚边工艺作为门盖总成的最终工序，其质量直接影响后期整车安装精度和质量，经汽车厂生产日志调查，滚边工艺产品的不合格率小于1.8%，其中常见的缺陷有：凸边叠料、波浪起皱、包边失效。①凸边叠料外板在曲率较大的弯折处出现叠料现象。因在弯折处外板渐变长度较短，使凸边板料较多发生挤料。为避免该现象的出现，后期操作中滚边方向由拐角向两边展开;当拐角处弯折过大，应相应增加外板在此处的渐变长度。②波浪起皱实际加工中，会出现少量间断性的滚压豁口现象。经研究发现出现该现象的原因是：滚边加工之前，外板未能按照加工精度要求固定于胎膜中，导致滚边过程轨迹与外板位置形成偏差，当偏差积累到阈值时，出现挤料问题，形成明显豁口;当板件的曲率较小，翻边高度较大时，加工过程中赶料没有足够空间，易发生起皱缺陷。为避免波浪起皱，在胎膜定位夹紧工序中，严格遵守操作规范，精确落膜;在易堆料位置预留工艺缺口，避免挤料豁口问题;对于小曲率板件（半径小于2m）翻边渐变高度不超过9mm。③包边失效包边不均造成的失效是滚边工艺最常见的问题之一。外板包裹宽度不均，部分位置内板裸露，该缺陷是较为严重的质量问题，不仅外观不合检测标准，车身结构强度同样难以满足要求。该现象出现的原因是：在门盖弯折处，外板滚边过程会出现挤压问题，而滚边进入相对平缓位置时，包边恢复正常，因此在包边侧面可观察到包边不均的现象;翻边长度小，内外板胶合间隙大是造成滚边失效的另一主要原因。为避免包边失效，应选择合理的翻边高度;在保证翻边预留量的前提下，保证切边长度以满足内板完全包裹的需求;多次压合内外板，控制板件回弹量，减小内外板间隙。
　　5 机器人滚边系统的应用前景
　　一套机器人滚边系统的投资比一套进口液压机包边系统投资相对较少，这使其在国内广泛应用成为可能。机器人滚边系统只需要包边下模具，而且下模具的结构简单，模具只需要复型车门外轮廓，而且可以是分模，成本相对较低。多车型车门生产时，需要更换包边模具。由于机器人滚边下模具简单，没有上模，换模相对容易，容易实现自动化，柔性好。机器人滚边速度适中，比液压包边机包边慢，一般一个机器人滚边的纯滚边时间大约在左右，基本可以满足一般中等规模生产需要。如果生产规模大、产量高，可以根据需要在滚边系统中增加个滚边机器人，这样纯滚边时间可以大大地缩短，提高生产节拍。
　　6 结束语
　　相比传统滚边技术，机器人滚边设备成本低，柔性程度高，成型效果好;通过计算机程序的控制和机器人的高精度化操作，可有效保证滚边程序的精确稳定;电气系统程序的可调性，增加了滚边方式的多样性和门盖加工的适应性;较高的滚边合格率是保证企业长足发展的基础。
　　参考文献
　　[1] 韦侯念，农明满，农胜夫.桌式包边机水滴包边在某车型发动机盖的运用[J].装备制造技术，2016，（1）：149-151，157.
　　[2] 周光瑞.桌式包边专机的车身开启件包边技术[D].合肥：合肥工业大学，2015.
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