滚边机器人在四门二盖中运用

刘 阳

（杭州吉利汽车有限公司，浙江 杭州 310000）

1 引言

汽车四门二盖（左前车门、右前车门、左后车门、右后车门、前盖、后盖）内外板之间装配不能采用焊接工艺[1]，传统四门二盖包边工艺需起重机或其他装（承）载设备将模具吊装搬运到液压机上固定，人员将冲压零部件内外板放入模具内。通过液压机往复行程运动，控制模具上模使其与下模冲压完成包边，人员搬运冲压内外板零部件易出现边角磕碰，板件表面划痕等质量风险，生产过程中也常因冲压零部件会在模具内产生金属或其他灰尘杂质进行停机擦模，造成等待时间成本浪费，这也一直是汽车制造行业内普遍现象。近几年汽车行业各大汽车厂商车型更新换代快，周期短，相配套四门二盖模具开发时间长，研发费用高，维护成本大等原因促使滚边机器人设备得到广泛推广，机器人滚边技术可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，也可根据车型的生命周期随时更换滚边压合夹具来实现产品的更新换代[2]，运用机械手搬运解决人工误操作大大降低生产过程中人工成本同时滚边机器人与传统液压机包边工艺一样满足汽车开启件标准要求，任何新的设备技术在运用过程都会出现一些特有的小问题点。本文主要针对滚边机器人和在生产过程中造成产品质量工艺问题解决措施进行简单介绍和学习。

2 滚边技术及工艺

2.1 机器人介绍

目前市场上提供机器人厂家很多如Fanuc（发那科）、ABB、KUKA（库卡）、Yaskawa（安川）、SIASUN（新松）等等用户可以根据使用习惯和实际要求选取不同厂家机器人，机器人厂家对滚边技术运用要求标准都很清晰，只需要把机器人承载能力和工作范围还有现场工艺要求确定下来即可[3]。滚边技术是在工业机器人基础上工作的，工业机器人手臂的六轴（机器人末端）上通过法兰盘刚性连接滚轮来控制滚轮头运动，四门二盖滚边是通过机器人控制系统控制机器人六轴上的切换盘夹具抓手在转台上抓取冲压内外板件固定到胎膜上，工业机器人开始使用滚边头在胎膜上完成滚边。

2.2 滚轮介绍

滚轮是滚边机器人重要组成工具之一，主要是将机器人抓手放置在胎膜上冲压外板零部件边缘部分与冲压内板零部件重合包起来，将两个独立个体，组合成一个整体过程。滚轮包边总体概括为两大部分，第一部分叫预包边，第二部分叫终包边，滚轮包边并不是机器人只需在冲压外板件轮廓边缘边进行二次就可以，只要滚轮没有完成最终一次包边都属于预包边，目前针对四门二盖采用最多的是二台到三台工业机器人同时用滚轮对冲压板件进行三到四次包边。

2.3 滚边工具构成及分类

滚边工具基本构造（图1）是由包边轮、轴、弹簧、端盖构成，包边轮通过轴承固定在轴上，机器人受控制系统使滚轮在冲压板件上运动的力度由轴传递给弹簧到端盖传感器，用户根据所选取材料和现场调试需求对压力值进行调节。

图1 滚边工具基本构造

2.3.1 滚边轮分类

根据不同零部件现场工艺要求，滚边轮主要分为二边轮，多边轮，非标轮，气动伸缩轮，本文介绍的多边轮（图2）在四门二盖生产现场运用，多边轮在对不同冲压外板件进行包边会根据不同类型包边成型效果会将滚轮设计不同形状，某车型四门二盖预包边滚轮分别采用的是内锥轮、外锥轮、柱轮，终包边采用水滴轮和指轮，不同部位不同角度所使用的滚轮不同，具体采取哪些滚轮组成一套完整滚边工具完全由车型和相应冲压外板零部件决定的。

图2 多边轮

2.4 滚边工艺

完整、成型美观、表面光滑的四门二盖通常会由以下五种滚边工艺中一种模式完成，滚边工艺包边主要由三道滚边，四道滚边，五道滚边，机器人控制滚轮不同角度对冲压外板件进行包边，根据四门二盖不同位置，不同板材采取不同方案。

第一种三道滚边（图3）90°→45°→ 0°；

图3 90°→ 45°→ 0°

第二种四道滚边（图4）90°→ 60°→ 30°→ 0°；

图4 90°→ 60°→ 30°→ 0°

第三种四道滚边（图5）130°→ 90°→ 45°→ 0°；

图5 130°→ 90°→ 45°→ 0°

第四种五道滚边（图6）130°→90°→ 60°→ 30°→ 0°；

图6 130°→90°→ 60°→ 30°→ 0°

第五种五道滚边（图7）180°→ 145°→ 95°→ 45°→ 0°。

图7 180°→ 145°→ 95°→ 45°→ 0°

2.4.1 滚边速度

机器人滚边滚轮运行速度是影响产品质量和设备状态的因素之一，机器人在滚边要控制好滚压部位速度和角度，速度过快可能会造成零部件起皱、同时滚轮硬度大于胎膜硬度，防止滚轮进入冲压零部件切入点位置不当对胎膜磕碰，速度过慢，则会降低生产效率，对能源与人员等待成本浪费，根据现场经验总结以ABB 机器人对某车型四门二盖为例，直线速度200m/s-500m/s，曲线速度50m/s-100m/s，具体采取速度值受现场零部件滚边角度、形状、滚边压力合理设置。

2.4.2 滚边压力

滚边压力大小取决于车型结构复杂性和冲压零部件板件的材料，滚轮压力调整过大会导致包边好零部件出现开裂，褶皱，压力过小会出现板件回弹，包边过松终包边角度及变形量增大，滚压头压力控制不均也会出现众多质量问题，现以ABB 机器人对某车型四门二盖为例，滚边工具在预滚步骤中所承受的压力钢铁：大约400-700N，铝材：大约300-650N，终包边步骤中所承受的压力钢铁：大约1000-1500N，铝材：大约900-1250N，生产现场要根据零部件结构性，板件材料选择，机器人选型合理控制滚压压力，保障产品质量。

3 四门二盖滚边技术常见质量问题

四门二盖是汽车整体构架展现给消费者和大众最直接的位置，四门二盖产品质量，装配精度直接影响着整车的美观性、使用者舒适度及对品牌价值的满意度，现对一些滚边常见问题点做出原因分析，提供一种方案参考。

3.1 前盖左右下尖角外涨且不一致

3.1.1 原因分析

（1）外板单件左右尖角的翻边R 半径大小不一致，图8；

图8 前盖左右下尖角外涨且不一致

（2）板件在胎模上定位后，与胎模基线相对位置状态不一致。

3.1.2 解决策略

（1）修复零部件外板单件：两侧尖角翻边R 可开角修复一致，规避翻边出现尖角或硬点；

（2）由于在胎模上定位后，左右缩进状态不一致。外板轮廓不予整改，故需调整定位或调整滚边轨迹基准位置。

3.2 前盖左右后部短边肥边

3.2.1 原因分析

（1）外板单件存在平面棱线不顺，与总成状态一致；

（2）涂装工艺缺陷。

3.2.2 解决策略

（1）整改外板单件：通过油石划线，要求线条均匀连贯；

（2）涂装整改：确认总成和电泳件没有高棱为前提；

（3）到涂装对比电泳件和油漆件状态。

3.3 前盖左侧后部上尖角与胶槽干涉

3.3.1 原因分析

前盖左侧平行面差，可将左侧短边的包边长度减少了约1.5cm，从而折边角度减小的翻边与总装的胶槽干涉图9。

图9 翻边与总装的胶槽干涉

3.3.2 解决策略

延长包边长度如图所示：

3.4 前盖左侧直边后部棱线凹陷

3.4.1 原因分析

板件在HD080 工位胎模上定位后，内板轮廓顶到了外板的内R 角上（图10），在预包边过程中，滚轮从翻边根部压板件时，受内板支撑的影响，翻边折弯效果减小，板件由胎模面向上（既压力方向）变形（图11）。

图10 外板的内R 角

图11 板件由胎模面向上变形

在080 预包边工位完成后，此处的R 相比旁边的R 较大，且面品在胎模上翘起。另外HD080 和HD090 的内板定位不同，在090 终包边工位此处的内外板间隙有所改善，未干涉。

虽第三道滚边对此处R 大小进行了改善，但因面品在胎模上翘起，结合第三道滚边的施力方向（图12），板件R 角面与滚轮接触面大，加剧了外板轮廓缩进量，从而使内板顶到外板间隙的包边，不但没有胀出，反而缩进。

图12 件R 角面与滚轮接触面

3.4.2 解决策略

（1）（现场验证件有明显改善效果）整改内板单件轮廓：据前盖特殊情况，整改后内外板间隙不小于0.5mm 即可；

（2）调整滚边角度：增加第一道折边角度，压力不做修改。（此方案可暂时修复，不能做永久措施。可做临时措施。）

3.5 四门形状凸起变形

3.5.1 原因分析

车门断面比较窄的部位和门外板的翻边角度有密切关联，当夹角α 超过105°时，极易出现这类问题。若45°滚轮与翻边接触时，当作用力的方向与翻遍面平行，零件断面则产生凸起变形。

3.5.2 解决策略

（1）设计包边机时，要注意门外板翻边角度，一般在90°～105°之间，不会产生此变形，超过105°时，必须认真考虑结构设计。

（2）修正45°包边滚轮角度，使包边力减小。

（3）适当加大压料力。

3.6 车门外表面凹陷变形

本文所指是发生在刚性薄弱的断面上的凹陷，与包边面无关。

3.6.1 原因分析

第一个是车门外板零部件本身表面就有凹陷，第二个是与车门外板冲压零部件翻边角度有关，当夹角超过105°时，而45°包边滚轮角度不对，就会在包边中产生凹陷（图13）。第三个原因是门外板和门里板间隙的影响，一般认为合理的间隙值为2.0mm，合理把控间隙上下的公差。当间隙值过小，门外板翻边在45°弯曲时，就会碰到门里板的凸缘边，使门外板翻边弯曲受到限制，门外板表面材料受到拉力作用，刚性薄弱的形状面就产生凹陷。在包边的动态中，保证2.0mm间隙稳定，是很重要的。特别指出的是，在前门外板的车轮曲线部位，材料在冲压翻边成行时，受到径向拉伸力的作用，翻边后刚性增大。在45°包边时，这部分材料再次受到径向拉伸力的作用。因此，需要对这部分翻边施以较大的力，才能使其变形，但又容易使门外板在包边过程中产生窜动，与门里板的间隙变小，造成外板变形。

图13 包边中产生凹陷

3.6.2 解决策略

调整45°包边滚轮角度，缩小45°包边力。适当调整增加压料力，保证门外板在包边过程中稳定牢固。确保门外板与门里板间隙在2.0mm 左右（静态或动态状态下都可以）。

4 结语

滚边技术在汽车制造业主要运用在四门二盖，相对传统液压机包边具有一定优势。滚边技术出现加快汽车产业换代周期和产品的更新，补充设备装备领域的完善。本文为滚边设备技术构造工艺原理和质量产品缺陷问题学习提供新思路和参考价值。