机器人滚边质量控制因素分析

在车身制造中，包边工艺是连接车身封闭件最常用的一种成型工艺。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，具有成本低、模具占地小、柔性化程度高等特点。目前，国内外一些先进的汽车制造企业已将此项技术应用于制造外挂件，例如车门、后盖和发动机罩，以及其他应用领域如天窗开口、轮罩包边等。

机器人滚边零件质量好坏直接影响车身装配尺寸精

度、车身覆盖件的表面质量、整车外观美观性及强度，

因此，机器人滚边质量控制尤为重要。本文通过介绍机

器人滚边系统，拟从零件状态、机器人滚边硬件设备和

软件等方面，探讨对滚边零件质量影响因素及影响情况，

为机器人滚边技术的应用和滚边零件质量提升提供参

考。

机器人滚边系统

机器人滚边系统主要包括三大部分：滚边胎模定位

系统、滚头系统、机器人及其控制系统。滚边胎模定位

系统用于将待滚边零件放置在滚边模具上，然后由定位

机构定位；而滚头系统中，滚边头固定到工业机器人臂

上，滚边头上面的滚轮根据滚边加工步骤的不同进行选

取，通过滚轮将零件外板的翻边绕内板进行弯曲。机器

人及其控制系统主要用于控制滚轮的运动轨迹和滚边压

力，以及机器人与其他相关系统之间的通信，可根据车身外形变化设定程序，以满足不同零件形状的滚边需求。

在滚边时，滚边头通过压力装置将压力传给滚轮，通过滚轮施加作用力将工件在冲压过程中预留的翻边向内侧翻折。包边成型一般分为三步: 首先将零件翻边从100°~90°翻折至80°~70°，称之为预包边1；然后再将其从80°~70°翻折至45°~30°，称之为预包边2，最后从45°~30°翻折至0°，从而将外板的翻边紧紧压紧内板, 使外板和内板被整合成一体，称为终包边(如图1所示)。

与传统的压机包边相比，机器人滚边由于模具数量较少，包边单元的投资和维护费用都相对较低，且其开发时间和投入使用的准备时间比较短。另外，滚边系统具备极高的灵活性，不同的型号可以在同一个制造单元中生产，滚边机器人还可以在制造单元中进行其他的抓取或涂胶等任务，柔性较高。

机器人滚边零件质量影响因素

1. 冲压件翻边高度

零件滚边是板料非线性大变形的成型工艺，翻边参数的确定直接影响滚压零件质量和制造成本。一方面，翻边高度太高会导致滚压过程中产生翻边起皱现象，

零件质量差。此时，在现场调试滚边操作时需要对翻边进行打磨，浪费人力物力，而对于冲压模具，需要重新修模，以获得合理的翻边高度，工作量大，成本高。另一方面，翻边高度过低则会产生包不住等问题，难以满足产品设计要求，导致零件强度不足或留下漏水等整车质量隐患。因此，如何在冲压开模之前确定合理的翻边高度对提高整车质量和降低生产成本意义重大。

2. 机器人滚边程序编制

机器人滚边质量与滚边程序编制密切相关。在实际

应用中，滚边硬件设备到位后，首要的工作即是根据具

体冲压件的尺寸及状态进行现场调试，包括滚边轨迹、

机器人运动速度、机器人姿态、滚轮切入角度、滚边压

力等，要求机器人调试工程师具备丰富的现场调试经验，

应对现场出现的各种问题，以保证滚边零件质量。整个程序编制以及调试优化得是否合理、是否完善，对零件滚边成型有着至关重要的影响。

3. 滚边压力

机器人滚边过程中，对滚压头施加压力进行合理控制是取得良好滚边质量的关键之一。滚边压力大会破坏钣金，造成零件滚边开裂缺陷，同时，可能在外板外表面形成包边印，造成零件表面质量缺陷。而滚边压力小则会造成包边过松，滚边起皱等缺陷，不能满足产品设计要求。另外，滚头压力控制不匀也易造成零件涂密封胶过油漆烘烤之后出现气泡(如图2所示)，影响滚边零件外观质量。

目前机器人滚边过程中滚边压力控制可通过以下几种方式实现：机器人直接施压、弹簧施压、气囊或气缸施压、液压及伺服电机驱动等。

4. 滚边速度

零件滚边的速度与零件的最

终质量有密切关系。如果滚边速

度过快，会导致零件滚压部位产

生起皱，降低零件滚边质量(如图

3所示。如果滚压速度慢则会增

加零件制造时间，从而影响制造

成本。因此针对不同零件，合理

选择零件滚压速度是机器人滚边

质量控制的途径之一。

5. 滚边胎模设计

滚边胎模采用整体铸造数控加工而成，其型面与零件外板的型面相吻合，它的定位精度直接影响着零件的整体尺寸精度。胎模定位机构的精度直接影响包边

前零件的内外板相互关系，从而影响最终包边后的质量，而胎模的表面质量会直接反映在零件外板表面上。同时，胎模的设计也影响滚边压力的稳定性，从而影响滚边零件质量。图4(a)为普通的滚边预折弯方法，滚轮不与滚边模具直接接触，滚轮的位置与压力完全由输入机器人的程序决定，需多个示教点。图4(b)所示为采用模具引导面的预先折弯加工，滚边模具上设置导向面，部分滚轮与模具直接接触，即使是少量指令点的情况，也能在不影响板材性状(凸凹)前提下提供稳定的滚边压力，从而提高滚边质量。

6. 滚轮设计

滚轮直接与被连

接板接触，也是压力直

接传输的部件，用以保

证外板的包边轮廓形

状精度。针对待包边零

件的形状不同，滚边过

程一般分为2~4次顺序完成，所用滚轮的形状通常设计有45°轮、90°轮、成型轮和专用特殊轮等如图5所示。对于水滴法兰滚边的内外板连接，可采用45°滚轮，以制造水滴效果。对于零件角部的处理技术在整个零件滚边中是一个难点，可采用手指状的滚轮进行点压，从而保证零件外观美观性和车身装配精度。同时，滚压包边过程中，一方面随着产量的增加，滚轮较容易磨损，另一方面滚压过程中产生的钣金碎屑粘附在胎模上也会影响滚轮，从而导致零件表面质量出现问题，因此滚轮的形状及表面质量和硬度要求对滚压零件质量影响很大。

结论

为获得良好的车身的装配精度和外观质量，机器人滚边零件的质量控制尤为重要。通过对机器人滚边系统及其影响因素进行系统的识别，本文深入分析了这些因素对产品质量产生的影响。结果表明影响滚边工艺质量的主要有如下三方面因素：1.零件自身几何特征因素：冲压件翻边高度高易产生起皱，翻边高度低则会产生包不住,难以满足产品设计要求。2.机器人滚边程序编制及参数设定的合理性：滚边压力大会造成零件滚边开裂、滚边压力小则会造成包边过松，滚边起皱，滚头压力控制不匀也易造成涂密封胶过油漆烘烤之后出现气泡，影响滚边零件外观质量；滚压速度快会导致零件滚压部位产生起皱，滚压速度慢会增加零件制造时间，从而提高制造成本。3.胎模设计及定位精度：胎模设计形式影响滚边压力稳定性，胎模及滚轮表面质量直接影响滚压件外板的表面质量；定位机构的精度直接影响包边前零件的内外板相互关系，从而影响最终包边后的质量。