滾邊機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用

■湖北汽車工業(yè)學(xué)院（十堰 442002）陳君寶

機(jī)器人滾邊壓合技術(shù)，已經(jīng)被應(yīng)用于轎車白車身關(guān)鍵部件的包邊制造中，主要部件有頂蓋天窗、發(fā)動機(jī)罩蓋、行李廂蓋、車門、翼子板和輪罩。雖然現(xiàn)在滾邊工藝比較成熟，但是滾邊機(jī)器人的應(yīng)用仍是比較復(fù)雜的，滾邊機(jī)器人的程序一般由計算機(jī)仿真軟件生成，即OLP程序，最后現(xiàn)場進(jìn)行精確的示教調(diào)整，一般兩臺機(jī)器人同時進(jìn)行滾壓作業(yè)（見圖1）。

圖1 機(jī)器人滾邊作業(yè)

針對不同車型、不同車身部位，只需變更滾邊機(jī)器人的程序即可加工，所以柔性化程序比較高，根據(jù)不同產(chǎn)品確定1個主程序，每種車型一般只有1個主程序，并可調(diào)用子程序，如PNS0031。根據(jù)不同節(jié)拍、不同的安裝模具等，確認(rèn)不同的子程序，子程序的命名需能描述出加工的車型、加工車的部位及進(jìn)行什么操作，名稱要讓使用人員看到后能夠明白其中的意思。圖2所示為程序瀏覽界面。圖1、圖2只是舉例企業(yè)機(jī)器人滾邊的一種形式，針對機(jī)器人布局及程序命名，各企業(yè)有不同的標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 滾邊機(jī)器人的程序界面

為方便不同人員的理解，機(jī)器人示教程序的命名規(guī)則為“車部位_左右_功能_車型_夾具.TP”，舉例如下：

FR_L_F_42L_A.TP(前門_左_精滾_42L_A夾具) ；這是汽車42L車型左前門的精滾程序，針對A夾具

FR_L_P_42L_A.TP(前門_左_預(yù)滾_42L_A夾具) ；這是汽車42L車型左前門的預(yù)滾程序，針對A夾具

1.滾壓頭的介紹

機(jī)器人滾邊中，非常重要的部件是滾壓頭，每個企業(yè)設(shè)計的都不同。主要是根據(jù)產(chǎn)品的不同、節(jié)拍的不同以及采用機(jī)器人數(shù)量的不同而進(jìn)行合理設(shè)計，圖3所示為不同種類滾壓頭。

圖3 不同種類滾壓頭

機(jī)器人控制器控制滾輪的運(yùn)動軌跡和壓力，滾邊過程由機(jī)器人抓持滾輪架執(zhí)行滾邊程序，依次完成整個零件的滾邊，滾輪的運(yùn)動軌跡和壓力控制通過機(jī)器人的編程實(shí)現(xiàn)，其滾邊過程如圖4所示，可根據(jù)需要選擇2次滾邊或3次滾邊。

圖4 滾邊過程示意圖

（1）滾壓頭坐標(biāo)系的設(shè)定：應(yīng)用機(jī)器人的操作者，都知道用戶坐標(biāo)系及工具坐標(biāo)系的設(shè)定，可在現(xiàn)場示教時設(shè)置出來，但由于滾壓頭的特殊性，只能采用直接輸入法輸入工具坐標(biāo)系的理論值。如圖5所示，工具坐標(biāo)系1位于終滾壓頭下斜面的中心上，離外邊緣10mm的地方作成。工具坐標(biāo)系2位于預(yù)滾壓頭下面的中心上，離外側(cè)端面10mm的地方作成。工具坐標(biāo)系3位于小徑下錐面的中心上，離外邊緣10mm的地方作成。工具坐標(biāo)系4位于小徑滾壓頭下面，離錐大端圓周線10mm的地方作成。工具坐標(biāo)系5位于設(shè)定二級工具找正銷的坐標(biāo)。找正銷是用于找正OLP程序理論位置與實(shí)際位置偏差的二級工具，也需前期指定理論坐標(biāo)值，零件精度必須符合圖樣要求。

OLP程序到現(xiàn)場后通過程序變換（PROGRAM SHIFT）的操作方法，來進(jìn)行理論數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)的統(tǒng)一。并在實(shí)際滾壓時，各個坐標(biāo)系的點(diǎn)與模具的45°倒角棱重合，精確保證理論位置與實(shí)際位置一致（見圖5）。

（2）滾壓頭壓緊力的設(shè)定：機(jī)器人滾邊過程中，對滾壓頭施加合理壓力是滾邊質(zhì)量的重要保證。壓力大會破壞鈑金件，造成零件漆邊開裂缺陷，同時可能在外板面表面形成包邊?。粷L邊壓力小可能造成包邊過松，滾邊起皺等缺陷?，F(xiàn)介紹壓力控制由彈簧施壓的控制方法。

在無件滾壓、帶件滾壓時，通過控制程序中PR[5]的數(shù)值來控制滾壓壓力的大小。程序段為：

24:L P[4]50mm/sec CNT20 Tool_Offset,PR[5:Off set]；

滾壓頭上有刻度尺，主要計量滾壓頭的伸縮量，同時換算成牛頓力或公斤力，各廠家有不同的標(biāo)準(zhǔn)。

滾壓頭3 部分的伸縮量及力的選擇。①預(yù)滾壓壓頭：1～3mm行程、0.4～0.6kN、40～60kg。②終滾壓壓頭：5～8mm行程、1.2～2.0kN、120～195kg。③小徑的滾壓頭：沒有下壓壓力（工件0 touch的狀態(tài)示教）。

實(shí)際加壓動作點(diǎn)，在單步無工件狀態(tài)下慢速移動滾壓頭，保證滾壓頭的中線與模具倒角的內(nèi)輪廓線接觸，用手盤轉(zhuǎn)滾壓頭，用適當(dāng)?shù)牧α磕軌蛐D(zhuǎn)。

（3）預(yù)滾壓及精滾壓的基本動作：滾壓有6個基本動作要實(shí)現(xiàn)，如圖6所示。其控制語句及滾壓參數(shù)程序如下：

示教時注意要點(diǎn)：①6個基本動作一個都不能少，省略的話非?？赡軙绊懫焚|(zhì)（如零件彎曲、板不良、外形歪斜等）。②注意速度的變化，貼上滾壓位置及離開滾壓邊位置時速度要慢。③定位類型指令的變化，慢速時采用接近直線的運(yùn)行方式，更準(zhǔn)確的到達(dá)所需位置，實(shí)際加工時采用CNT100，運(yùn)行時不減速，路徑比較平滑。④直接刀具補(bǔ)償指令中位置寄存器固定應(yīng)用PR[5]，已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，盡可能不要變更。

圖5 工具坐標(biāo)系的設(shè)定

圖6 預(yù)滾壓及精滾壓的基本動作

（4）滾壓頭和模具的位置關(guān)系及注意事項：模具除了汽車模型面外，輪廓線處有45°的倒角面，主要用于預(yù)滾壓時的導(dǎo)向及角度控制。滾壓模具表面質(zhì)量、與板件的貼合度、倒角的質(zhì)量等，在與滾壓頭的配合滾壓時，都可能影響最終質(zhì)量，所以滾壓模具的質(zhì)量一定重點(diǎn)檢驗。

普通預(yù)滾壓時注意事項：①滾壓頭和內(nèi)板件沒有干涉。②折彎的外板件的外邊緣沒有超出滾壓頭的端面。③折彎后板件角度成45°±5°。④工件彎曲的時候，模具上曲面和滾壓頭沒有干涉。⑤滾壓頭的側(cè)面相對于模具的45°倒角來說是平行的。⑥滾壓頭的中心（即工具坐標(biāo)系位置）與模具45°倒角的內(nèi)棱線重合。⑦模具和滾壓頭的交面是直的。⑧預(yù)滾時壓頭下壓的初始量：鐵質(zhì)模具為2mm下壓量，樹脂模具為3mm下壓量。

水滴狀滾壓邊時的二次預(yù)滾壓注意事項：①在前面罩的一側(cè)一般是水滴狀的滾壓邊，先進(jìn)行普通預(yù)滾壓，然后進(jìn)行二次預(yù)滾壓。②二次預(yù)滾壓時滾壓頭的角度相對于45°倒角邊成+3°～+5°。③二次預(yù)滾壓時滾壓頭與模具之間有固定的間隙，下壓量為－4mm，如圖7所示。

普通終滾壓注意事項：①滾壓頭和內(nèi)板件沒有干涉。②折彎的外板件的外邊緣沒有超出滾壓頭的端面。③工件終彎曲的時候，模具上曲面和滾壓頭是貼合的。④滾壓頭的中心（即工具坐標(biāo)系位置）與模具45°倒角的內(nèi)棱線重合，如果是臺階式的滾壓頭，需注意壓頭的上、下端面超出折彎的板件。⑤終滾時壓頭下壓的量：鐵質(zhì)模具為5mm下壓量，樹脂模具為6mm下壓量。

水滴狀滾壓邊時的終滾壓注意事項：①滾壓頭和內(nèi)板件沒有干涉。②折彎的外板件的外邊緣沒有超出滾壓頭的端面。③在工件彎曲的時間，零件和滾壓頭之間的間隙是固定的。④工件終彎曲的時候，模具上曲面和滾壓頭是貼合的，不是彎曲的。⑤有臺階的滾輪中心在模具的上端面附近。⑥終滾時壓頭下壓的量：鐵質(zhì)模具為5mm下壓量，樹脂模具為6mm下壓量。

滾壓頭工具的傾斜角度如圖8所示，左側(cè)在30°以內(nèi)，右側(cè)在30°以外。傾斜超過30°時會出現(xiàn)一些問題。

2.機(jī)器人的動作軌跡

滾壓程序的動作類型基本為直線動作，相鄰兩點(diǎn)之間有一定的距離，劃分這個距離可按如下標(biāo)準(zhǔn)：

示教兩點(diǎn)之間模具外輪廓為直線，模具曲面平緩，間距可為200～400mm。

示教兩點(diǎn)之間模具外輪廓為圓弧，模具曲面平緩，間距如下：①半徑為1000～2000mm，間距為30～50mm。②半徑為100～1000mm，間距為20～30mm。③半徑小于100mm、間距為5～20mm。

示教兩點(diǎn)之間模具曲面波動大，間距如下：①半徑為100～1000mm，間距為20～30mm。②半徑小于100mm，間距為5～20mm。

理論上這些距離是在OLP程序中劃分好，但現(xiàn)場程序示教時需注意這些值，單步運(yùn)動時注意一下運(yùn)行的距離，根據(jù)情況自己可以增加一些點(diǎn)。

3.機(jī)器人速度及軌跡的平滑過渡

（1）示教兩點(diǎn)之間模具外輪廓為直線，模具曲面平緩，速度為200～600mm/s。

（2）示教兩點(diǎn)之間模具外輪廓為圓弧，模具曲面平緩，連續(xù)的速度變化為：600mm/s→300mm/s→100mm/s→300mm/s→600mm/s；具體程序如下：

圖7 水滴狀滾壓邊時注意事項

圖8 滾壓頭工具的傾斜角度

從以上程序可以看出，根據(jù)被滾邊表面的情況不同，滾壓速度是變化的，特別是在圓弧曲率變化比較大的情況下，移動方法為在滾輪附近旋轉(zhuǎn)移動的情況，單位為30°/s。

4.結(jié)語

機(jī)器人滾邊的基本動作與理論位置的修正，不要只憑眼睛去進(jìn)行理論位置修正，這樣易出現(xiàn)板件曲折和壓緊量太少的情況，而是需用手去感覺，因為OLP程序中的數(shù)值是按3D數(shù)據(jù)作成，角度、下壓力、位置都與實(shí)際情況有出入。調(diào)整機(jī)器人滾邊動作時，在前期不需工件，直接示教滾輪在模具上的位置，這時注意示教動作順序與速度，不要撞傷模具（滾輪比模具硬）。通過系列工作，才能保證機(jī)器人滾邊動作正確，才能高效地保證產(chǎn)品質(zhì)量。

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