滚边机器人的实际应用

■湖北汽车工业学院（十堰 442002）陈君宝

机器人滚边压合技术，已经被应用于轿车白车身关键部件的包边制造中，主要部件有顶盖天窗、发动机罩盖、行李厢盖、车门、翼子板和轮罩。虽然现在滚边工艺比较成熟，但是滚边机器人的应用仍是比较复杂的，滚边机器人的程序一般由计算机仿真软件生成，即OLP程序，最后现场进行精确的示教调整，一般两台机器人同时进行滚压作业（见图1）。

图1 机器人滚边作业

针对不同车型、不同车身部位，只需变更滚边机器人的程序即可加工，所以柔性化程序比较高，根据不同产品确定1个主程序，每种车型一般只有1个主程序，并可调用子程序，如PNS0031。根据不同节拍、不同的安装模具等，确认不同的子程序，子程序的命名需能描述出加工的车型、加工车的部位及进行什么操作，名称要让使用人员看到后能够明白其中的意思。图2所示为程序浏览界面。图1、图2只是举例企业机器人滚边的一种形式，针对机器人布局及程序命名，各企业有不同的标准。

图2 滚边机器人的程序界面

为方便不同人员的理解，机器人示教程序的命名规则为“车部位_左右_功能_车型_夹具.TP”，举例如下：

FR_L_F_42L_A.TP(前门_左_精滚_42L_A夹具) ；这是汽车42L车型左前门的精滚程序，针对A夹具

FR_L_P_42L_A.TP(前门_左_预滚_42L_A夹具) ；这是汽车42L车型左前门的预滚程序，针对A夹具

1.滚压头的介绍

机器人滚边中，非常重要的部件是滚压头，每个企业设计的都不同。主要是根据产品的不同、节拍的不同以及采用机器人数量的不同而进行合理设计，图3所示为不同种类滚压头。

图3 不同种类滚压头

机器人控制器控制滚轮的运动轨迹和压力，滚边过程由机器人抓持滚轮架执行滚边程序，依次完成整个零件的滚边，滚轮的运动轨迹和压力控制通过机器人的编程实现，其滚边过程如图4所示，可根据需要选择2次滚边或3次滚边。

图4 滚边过程示意图

（1）滚压头坐标系的设定：应用机器人的操作者，都知道用户坐标系及工具坐标系的设定，可在现场示教时设置出来，但由于滚压头的特殊性，只能采用直接输入法输入工具坐标系的理论值。如图5所示，工具坐标系1位于终滚压头下斜面的中心上，离外边缘10mm的地方作成。工具坐标系2位于预滚压头下面的中心上，离外侧端面10mm的地方作成。工具坐标系3位于小径下锥面的中心上，离外边缘10mm的地方作成。工具坐标系4位于小径滚压头下面，离锥大端圆周线10mm的地方作成。工具坐标系5位于设定二级工具找正销的坐标。找正销是用于找正OLP程序理论位置与实际位置偏差的二级工具，也需前期指定理论坐标值，零件精度必须符合图样要求。

OLP程序到现场后通过程序变换（PROGRAM SHIFT）的操作方法，来进行理论数据与实际数据的统一。并在实际滚压时，各个坐标系的点与模具的45°倒角棱重合，精确保证理论位置与实际位置一致（见图5）。

（2）滚压头压紧力的设定：机器人滚边过程中，对滚压头施加合理压力是滚边质量的重要保证。压力大会破坏钣金件，造成零件漆边开裂缺陷，同时可能在外板面表面形成包边印；滚边压力小可能造成包边过松，滚边起皱等缺陷。现介绍压力控制由弹簧施压的控制方法。

在无件滚压、带件滚压时，通过控制程序中PR[5]的数值来控制滚压压力的大小。程序段为：

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

滚压头上有刻度尺，主要计量滚压头的伸缩量，同时换算成牛顿力或公斤力，各厂家有不同的标准。

滚压头3 部分的伸缩量及力的选择。①预滚压压头：1～3mm行程、0.4～0.6kN、40～60kg。②终滚压压头：5～8mm行程、1.2～2.0kN、120～195kg。③小径的滚压头：没有下压压力（工件0 touch的状态示教）。

实际加压动作点，在单步无工件状态下慢速移动滚压头，保证滚压头的中线与模具倒角的内轮廓线接触，用手盘转滚压头，用适当的力量能够旋转。

（3）预滚压及精滚压的基本动作：滚压有6个基本动作要实现，如图6所示。其控制语句及滚压参数程序如下：

示教时注意要点：①6个基本动作一个都不能少，省略的话非常可能会影响品质（如零件弯曲、板不良、外形歪斜等）。②注意速度的变化，贴上滚压位置及离开滚压边位置时速度要慢。③定位类型指令的变化，慢速时采用接近直线的运行方式，更准确的到达所需位置，实际加工时采用CNT100，运行时不减速，路径比较平滑。④直接刀具补偿指令中位置寄存器固定应用PR[5]，已经标准化，尽可能不要变更。

图5 工具坐标系的设定

图6 预滚压及精滚压的基本动作

（4）滚压头和模具的位置关系及注意事项：模具除了汽车模型面外，轮廓线处有45°的倒角面，主要用于预滚压时的导向及角度控制。滚压模具表面质量、与板件的贴合度、倒角的质量等，在与滚压头的配合滚压时，都可能影响最终质量，所以滚压模具的质量一定重点检验。

普通预滚压时注意事项：①滚压头和内板件没有干涉。②折弯的外板件的外边缘没有超出滚压头的端面。③折弯后板件角度成45°±5°。④工件弯曲的时候，模具上曲面和滚压头没有干涉。⑤滚压头的侧面相对于模具的45°倒角来说是平行的。⑥滚压头的中心（即工具坐标系位置）与模具45°倒角的内棱线重合。⑦模具和滚压头的交面是直的。⑧预滚时压头下压的初始量：铁质模具为2mm下压量，树脂模具为3mm下压量。

水滴状滚压边时的二次预滚压注意事项：①在前面罩的一侧一般是水滴状的滚压边，先进行普通预滚压，然后进行二次预滚压。②二次预滚压时滚压头的角度相对于45°倒角边成+3°～+5°。③二次预滚压时滚压头与模具之间有固定的间隙，下压量为－4mm，如图7所示。

普通终滚压注意事项：①滚压头和内板件没有干涉。②折弯的外板件的外边缘没有超出滚压头的端面。③工件终弯曲的时候，模具上曲面和滚压头是贴合的。④滚压头的中心（即工具坐标系位置）与模具45°倒角的内棱线重合，如果是台阶式的滚压头，需注意压头的上、下端面超出折弯的板件。⑤终滚时压头下压的量：铁质模具为5mm下压量，树脂模具为6mm下压量。

水滴状滚压边时的终滚压注意事项：①滚压头和内板件没有干涉。②折弯的外板件的外边缘没有超出滚压头的端面。③在工件弯曲的时间，零件和滚压头之间的间隙是固定的。④工件终弯曲的时候，模具上曲面和滚压头是贴合的，不是弯曲的。⑤有台阶的滚轮中心在模具的上端面附近。⑥终滚时压头下压的量：铁质模具为5mm下压量，树脂模具为6mm下压量。

滚压头工具的倾斜角度如图8所示，左侧在30°以内，右侧在30°以外。倾斜超过30°时会出现一些问题。

2.机器人的动作轨迹

滚压程序的动作类型基本为直线动作，相邻两点之间有一定的距离，划分这个距离可按如下标准：

示教两点之间模具外轮廓为直线，模具曲面平缓，间距可为200～400mm。

示教两点之间模具外轮廓为圆弧，模具曲面平缓，间距如下：①半径为1000～2000mm，间距为30～50mm。②半径为100～1000mm，间距为20～30mm。③半径小于100mm、间距为5～20mm。

示教两点之间模具曲面波动大，间距如下：①半径为100～1000mm，间距为20～30mm。②半径小于100mm，间距为5～20mm。

理论上这些距离是在OLP程序中划分好，但现场程序示教时需注意这些值，单步运动时注意一下运行的距离，根据情况自己可以增加一些点。

3.机器人速度及轨迹的平滑过渡

（1）示教两点之间模具外轮廓为直线，模具曲面平缓，速度为200～600mm/s。

（2）示教两点之间模具外轮廓为圆弧，模具曲面平缓，连续的速度变化为：600mm/s→300mm/s→100mm/s→300mm/s→600mm/s；具体程序如下：

图7 水滴状滚压边时注意事项

图8 滚压头工具的倾斜角度

从以上程序可以看出，根据被滚边表面的情况不同，滚压速度是变化的，特别是在圆弧曲率变化比较大的情况下，移动方法为在滚轮附近旋转移动的情况，单位为30°/s。

4.结语

机器人滚边的基本动作与理论位置的修正，不要只凭眼睛去进行理论位置修正，这样易出现板件曲折和压紧量太少的情况，而是需用手去感觉，因为OLP程序中的数值是按3D数据作成，角度、下压力、位置都与实际情况有出入。调整机器人滚边动作时，在前期不需工件，直接示教滚轮在模具上的位置，这时注意示教动作顺序与速度，不要撞伤模具（滚轮比模具硬）。通过系列工作，才能保证机器人滚边动作正确，才能高效地保证产品质量。

[1]龚彪.浅谈机器人滚边在汽车行业中的实际运用[J].大众科技，2012（6）：128-137.

[2]徐佳麾.机器人滚边技术的研究与应用[J].汽车实用技术，2012（9）：34-37.

[3]谢栩聪.机器人滚边技术在车身制造中的应用[J].新技术探讨，2012（5）：27-29.

[4]胡智勇.机器人滚边工艺优化[J].金属加工（冷加工），2012（15）：72-73.