浅谈汽车行业机器人滚边设备技术要求

  浅谈汽车行业机器人滚边设备技术要求  Summary：当前汽车行业为了追求产品更加动感的外形造型需要，对比传统车身门盖内外板的连接上使用传通模具和压机进行包边，由于外板的包边轮廓要根据车身外形的变化而变化，沿整个轮廓包边的角度也不同，包边过渡急剧变化的区域和包边角度过大的区域，传统压合包边工艺已经非常困难，难以满足汽车造型需要要求和工艺质量要求。同时传统的冲压包边模具占地多，设备投入成本高，车型共用型柔性差。如今主流汽车厂为了缩短汽车开发周期、提高产品竞争力，大量采用新型内外板的连接技术—机器人滚边技术逐渐应用于汽车焊装门盖、侧围、顶盖的生产中。Keys：机器人滚边、滚边胎膜。1．术语和定义滚边（或叫辊边）是包边的一种，机器人滚边工艺是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的工艺过程。按照滚边成型类型分式滚边、水滴式滚边、楔边式包边、特殊式包边；按照滚边头设备分为普通滚边、飞行滚边。2.滚边工装设备技术要求2.1滚边胎膜技术要求2.1.1滚边胎模的基于产品闭合数据，滚边胎膜的形状被设计成一个整体式结构，中间设计有相应的加强筋。胎膜设计时需要考虑外板的打开角度、翻边高度、折边缩进量（Rollin）,在胎膜正式设计前其一般是确定的。常见胎膜外轮廓面设计，一种设计形式为胎模的轮廓尺寸相对产品轮廓大0.3mm～1.0mm；另一种为胎膜的轮廓尺寸与产品轮廓同样大小，胎膜调试基准面是否采用60°倒角不做强制要求；胎膜轮廓线与零件是否平齐不做强制要求。2.1.2滚边胎膜的公差和型面以及外轮廓有关，在滚边胎膜中需要设计四个基准孔用于胎膜精度标定使用，基准孔需要设置盖板，防止灰尘等进入基准孔从而影响测量精度。2.1.3胎模表面不允许有粘砂、夹砂、飞边、毛刺，浇冒口和氧化皮在出厂前需要清理干净，不允许存在影响胎膜铸件性能的裂纹、缩孔、夹渣、穿透性气孔等。2.1.4螺纹孔与螺丝孔、螺纹孔与销孔之间的尺寸公差为±0.2mm,销孔到基准孔之间的尺寸公差为±0.02mm。2.1.5胎膜的上表面和侧表面需要进行精加工，胎膜精加工面精度应控制在±0.1mm以内，辅助面精度应控制在±0.2mm，工作面表面粗糙度Ra≤0.8，胎膜轮廓公差为±0.1mm，精加工面测点间距一般不大于20mm。2.1.6胎膜折边区域表面需采用热处理，保证足够的强度、硬度及耐磨性，热处理区域一般为工作区域周边20mm范围，热处理深度一般为0.8mm～1.2mm。2.1.7胎膜硬度一般指的是工作区域表面硬度，一般硬度要求≥58HRC，胎膜本体需要调质处理，硬度测量点应均匀地分布在整个硬化表面上，测量点一般间隔100mm～150mm。2.1.8为消除内外板零件因自重对位置精度的影响和调整的便利性，对于车门线胎模上表面，即零件型面应优先考虑水平放置；因工艺限制等原因需要倾斜，其角度相对于水平面须小于25度。行李箱胎模的空间布置上一般采用“V”型结构，尽量不采用“L”型结构。2.1.9为保证零件与胎膜的贴合，在胎膜上需要设计吸盘，吸盘采用薄板专用吸盘防止板件变形。2.1.10胎膜根据数模采用数控加工，胎膜与零件外板完全贴合。胎模型面的加工需一次成型，不允许进行任何的修补与返工，支持胎膜的BASE板厚度不小于40mm,BASE板。2.1.11胎模的使用寿命需保证50万次以上。2.2上压模2.2.1上压膜的设计需要考虑机器人运行轨迹并进行模拟仿真验证。上压模按形式分为3类：机器人抓持上压模（Downholder）、翻转上压模、升降上压模。2.2.2机器人抓持上压模样式分为：压爪式上压模、整体式上压模。压爪式上压模可以分段调节压合间隙，一般要求实现压紧方向及滚轮平行方向可调。2.2.3上压膜成型元件的数量取决于零件的尺寸大小，需要保证整个接触面压着内板，压力的选择需要保证避免零件窜动。在调整上压膜的压力时，需要注意内板上的压力不会导致整个外廓边缘的凸起。在设计上压膜时，需要注意去避免其它件（如门、行李箱、后背门、顶盖）也不会从侧面摆动，上压膜的设计也需要便于外面板在某些特定点上能够被压进胎膜。2.2.4压爪式上压模框架一般采用60mm×60mm方管焊接，方管壁厚一般大于等于3mm。2.3滚边工具2.3.1滚边头一般由1个或1个以上的滚轮及滚边压力装置集成，滚轮由于与工件接触，要承受较大的压力，且与工件有相对运动，因此对滚轮的材质要求较高，要求滚轮具有较高的屈服强度和抗拉强度，耐磨性能好。滚轮工作表面要求做淬火、回火处理,滚轮材质及硬度需满足滚边材质技术要求。2.3.2根据翻边角度和厚度的不同，滚边次数也会不同，一般采用三次滚边（如105°-60°-30°-0°等）；对于外板打开角度大于105°的情况，一般情况采用四次滚边，顶盖180°折边一般采用四次滚边（如180°-135°-90°-45°-0°等）。2.3.3滚边头的使用寿命需保证200万次以上。为避免损伤工件，滚边头必须有柔性浮动保护装置。2.3.4滚边工具系统要求具备压力监控功能，滚边压力由零件的材料、厚度和形状决定，预滚边压力和终滚边压力一般会存在差异。常用零件材料的滚边，对于钢板合适的厚度是0.60mm到1.00mm，对于铝板合适的厚度是0.70mm到1.20mm，压力建议值参见下表所示。2.4侧向导向机构2.4.1侧向导向用于定位相对于滚边胎膜的外轮廓边缘的外板，防止外面板在胎膜上窜动，前提条件是面板是用有效的配合定位，而且无额外的压力施加到内外面板上。导向机构的数量取决于零件的尺寸需求，在零件的每一侧至少需要两个导向定位。常见侧向导向见下图。2.4.2侧向导向与外板间理论设计值为零贴合，采用垫片调整；侧向导向气动部件设计需要考虑人员维修的可达性。2.4.3在设计夹紧方式时，零件定位需要遵循以下的顺序：1）定位销定位孔定位；2）外板内侧的型面定位；3）外板外侧的侧向导向定位。2.5角推机构2.5.1在滚边工艺开始前，关键角需要提前进行预固定，角推机构用以提供局部优化稳定的角部折边质量，以期最终实现半包或者全包。角推机构优选动力驱动形式，后期维护保养相对容易；优先选用气缸或电机驱动动力方式。2.5.2角推刀模块应具有高硬度、高耐磨性材料。2.5.3角推刀模块的线压不小于100N/mm。2.5.4角推机构需配置防尘部件，直线滑移部分需使用导轨。结语汽车厂焊装车间采用机器人滚边工艺克服了液压机配一套折边模具工艺难以实现柔性化生产、设备维护成本高以及作业面积较大的问，也解决了车门折边机折边力相对较小，工件成形质量不是很好的问题。能够很好的适用于汽车外形设计需要原来越高的个性造型需要，提高汽车制造工艺。不同的滚边工艺也能够提高产品包边质量要求。Reference1林卫明用于车门的机器人辊边工艺汽车工艺与材料，2014（6）2陈丽萍汽车车门包边机设计，现代制造工程，2004（4） -全文完-