韦侯念，陈天才，孙 雷

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州545007）

1 包边技术概况

包边是汽车门盖生产的重要工序，包边品质的好坏直接影响门盖件外观质量，进而影响到整车外观质量，故国内外各大汽车厂商都非常重视包边质量。目前，国内外汽车制造商在车门包边工序大多使用单一的包边技术—纯桌式包边或纯机器人滚边，二者工艺各有优势。

桌式包边采用液压站或伺服电机作为动力源，优点是：节拍高，可达到60件/小时；包边质量较稳定；适合大规模生产。但缺点是无法柔性，且机构复杂紧凑不便于维修，如图1所示。机器人滚边则具有柔性强，关键部件（机器人和滚头）可重复利用，但缺点是节拍低，一般是40件/小时，如图2所示[1]。

图1 桌式包边

图2 机器人滚边

2 车门产品及连接工艺

由于以往项目四门包边仅有外轮廓伺服桌式包边，而没有内窗框包边，部分车型存在窗框处生锈的隐患。图3所示为原有产品窗框结构形式，采取焊接内外板的工艺方式，需要大块的胶条做密封，既不美观又存在积水后生锈的隐患。为提高整车的美观性以及消除窗框生锈的隐患，除了外轮廓包边，产品区域还提出了内窗框包边的要求，新的内窗框的结构形式如图4所示。

图3 原窗框结构形式

图4 新窗框结构形式

图5 所示加粗边为内窗框包边的范围，窗框处的玻璃导槽和外板间隙最小只有19 mm，实现包边较为困难，如图6所示。

图5 内窗框包边的范围

图6 内窗框结构简图

从某项目开始，为了实现窗框包边，从国外引进了窗框伺服桌式包边机，如图7所示，其工作原理如下：

侧门经过轮廓伺服包边后，通过轮廓伺服包边机的输送皮带输送到窗框伺服包边工位，窗框伺服包边工位的底板框架机构上的输送皮带接到侧门后，将侧门继续传输到举升机构的皮带上。

举升机构上有检测开关，一旦检测侧门到位，则举升机构的电机停止转动，然后举升机构下降到位，侧门落在模腔上。

模腔内有检测开关，检测侧门放置到位后，夹紧机构对侧门进行夹紧，然后窗框伺服包边机构开始对侧门窗框进行预压，预压完成后进行主压，主压完成后，伺服电机回到原点位，伺服包边机构恢复到原始状态。

夹紧机构打开夹头，举升机构将侧门顶起，顶到最高点后，举升机构的电机驱动皮带将产品输送到底板框架的皮带上，然后继续输送到出料机构上，出料机构将侧门输送到下一道工序。

图7 窗框伺服桌式包边机

通过日常的运行和维护，发现窗框伺服桌式包边机存在如下问题：

（1）空间紧凑，结构复杂，调试时拆装刀块耗时较长，后续维修难度很大；

（2）对压刀的加工要求较高，调试包边质量时需要反复拆装才能对刀块焊接打磨，调试周期长，效率较低；

（3）该窗框包边机构造价高，不利于成本控制。

3 新型混合包边装置的开发

针对当前窗框伺服包边机存在的各种问题，需要对其进行改进。通过收集资料，了解到机器人滚边仅需要机器人和滚头即可完成相关包边工作，它的特点是模块标准化、柔性强，但节拍相对低，约40JPH。因此将内窗框由伺服桌式包边改为机器人滚边，其结构如图8所示。

图8 窗框机器人滚边

（1）技术原理如图9所示，混合包边装置包括轮廓伺服包边和窗框机器人滚边，该装置由以下上料机构、胎膜Ⅰ、中部输送机构、底板框架Ⅰ、内板定位机构、挡料机构、举升机构Ⅰ、包边单元、下料机构、机器人、特制窗框通用滚头、举升机构Ⅱ、底板框架Ⅱ、胎膜Ⅱ、出料机构等构成。其工作原理为：前道工序完成合门后，通过上料机构的皮带传动把待包边的车门输送至胎膜上方的中部输送机构皮带上，车门碰到挡料机构感应到位后，举升机构Ⅰ通过气缸驱动上升托住待包边的车门，中部输送机构往外回缩到位，举升机构开始下降，降到最低点后产品落在胎膜Ⅰ上，底板框架Ⅰ上的内板定位机构下降压紧待包边的车门内板，然后包边单元的预压刀和主压刀在伺服电机的驱动下运动，预压刀先把外板轮廓翻边往下预压约45°，之后主压刀再垂直于外板法向压紧翻边，完成90°包边。完成包边后，预压刀和主压刀打开，内板定位机构回升到最高点并通过其上的锁紧机构自锁，举升机构Ⅰ再顶起车门到最高点，中部输送两边的皮带在气缸作用下往中间伸进托住车门，举升机构Ⅰ下降到位后，中部输送机构的皮带传动把包边好的车门送至下料机构，再通过下料机构皮带送至底板框架Ⅱ上的举升机构Ⅱ皮带上，车门碰到举升机构Ⅱ上的挡块，感应到位后，举升机构Ⅱ下降，车门落在胎膜Ⅱ上，接着胎膜Ⅱ上的夹头夹紧车门，随后机器人携带安装在其六轴的特制窗框通用滚头对窗框翻边进行预压和主压，滚边完成后机器人回到原点位，举升机构Ⅱ顶起车门，输送到出料机构的皮带上，至此完成完整的包边过程。

图9 新型混合包边装置结构图

（2）窄空间滚轮结构优化。机器人滚边一般情况下用的大滚轮直径为90 mm，小滚轮直径为17 mm。内窗框处的玻璃导槽净空间仅有19 mm，大滚轮无法使用，如图10所示。

图10 一般滚轮形式

小滚轮预压时由于端盖距离模腔很近，仅有1 mm左右，在实际使用中存在干涉风险，无法直接使用。为了消除干涉风险，设计了制造特制窗框滚边通用滚头，如图11所示。通用滚头由法兰轴（安装在机器人第六轴上）、上套筒、下套筒、矩形弹簧、滚轮、端盖、指针、连接杆、导向衬套、轴承等组成。窗框滚边时，机器人带着滚头对外板进行预压和主压，压力通过法兰轴对矩形弹簧的压缩来传递，施加多少力可以通过指针的移动量来判断。通过弹簧传递力不仅可以直观地观察机器人施加的力，还可以避免滚边时机器人和零件或其他机构的刚性碰撞。该滚头的源动力是机器人对上部法兰轴的压力，再通过与弹簧接触的法兰轴下部压缩弹簧使其变形产生弹力，弹力通过弹簧另一端传递给滚头主体，滚头主体再将力传递给滚轮。滚边时滚轮锥形侧进行预包边，圆柱侧进行主包边。指针分布在法兰轴的四周，对应的标签粘贴在上套筒外侧，非工作状态，指针指在标签的零刻度处，工作时根据需要施加的压力体现在标签上。通用滚头既保证了强度又不干涉玻璃导槽，相比压刀的标准化程度要高，易于制造及更换，调试时不需要拆滚头。

图11 特制窗框滚边通用滚头

原小滚轮预压如图12所示。新滚轮预压如图13所示，其中端盖和模腔的距离约10 mm，满足安全距离要求。

图12 原小滚轮预压示意图

图13 新滚轮预压示意图

（3）节拍保证。为了满足高节拍（60JPH）的要求，外轮廓维持伺服包边不变；而窗框伺服包边存在前述问题已经不适用，引用机器人能解决窗框伺服桌式包边机空间紧凑、结构复杂的问题。根据产品情况，测量得出窗框包边长度为1 235 mm，通过仿真，仅需30 s即可完成第二道工序，时间少于54 s（假设高节拍60JPH的设备效率为90%），满足节拍要求。

（4）调试效率提升。调试前对机器人窗框滚边进行离线仿真，调试时只需验证及校正程序，提高调试效率。具体步骤为：仿真环境中机器人找3个基准点的位置，如图14所示；在现场环境中，机器人同样找准实际基准点的位置，如图15所示；把离线程序导入到机器人中；使用FANUC的Program Shift功能，Original Program选择离线程序，New Program输入校正后程序名，在Source position中记录仿真环境的3个基准点位置，在Destination Position中记录现场的3个基准点位置，按F2执行偏移，新的程序即为经机器人校正后的程序，校正精度一般在±1mm以内，仿真情况如图16所示。

图14 仿真环境指针对基准点

图15 现场指针对基准点

图16 仿真情况

仿真结果显示，不仅节拍符合要求，且机器人及滚头部件均不与产品或设备干涉，仿真结果符合项目各项指标要求。图17所示为混合包边装置实物。

图17 混合包边装置实物图

4 应用情况及讨论

上文详细描述了新型混合包边装置的开发过程，在理论上保证了该装置的可行性。但在实际应用中，依然出现了一些产品质量问题。具体如下：

（1）产品外表面存在凹凸的包边缺陷

包边起始的过渡长度L偏短，仅有5 mm，这样会导致包边后外板表面存在凸点的质量问题，影响感知质量。通过实验，调整了包边起始的过渡长度为20 mm，解决了外板凸点的质量问题，如图18所示。

图18 包边起始过渡长度更改对比

窗框的外板包边范围超出玻璃导槽的端头，这样在包边时，超出玻璃导槽的部分包边完成后里面没有内板，属于空包，导致门窗框处的外板外表面出现凹凸的质量问题，影响感知质量。综合考虑，决定更改外板包边的范围，保证包边范围在玻璃导槽的端头以内，如图19所示，经过验证，效果良好。

图19 外板包边范围

（2）胶条脱出的质量问题

前期考虑到圆弧位置包边后材料拉延开裂的情况兼顾包边后钣金不能外露，保守起见，原来设计的翻边高度仅有4.5 mm，翻边高度偏短，导致胶条在该圆弧位置无法正常附着，出现胶条脱出的质量问题，如图20所示。

图20 胶条下坠示意图

面对当前问题，首选方案就是更改翻边高度，由4.5 mm调整到7 mm。经过测量，该处的圆弧半径为191 mm，通过计算确认该处的材料伸长率仅有5.8%，而材料断后伸长率不小于35%，说明圆弧处的翻边高度更改到7 mm，包边后不会开裂，方案理论上可行。

现场翻边高度更改后，侧门窗框经过机器人滚边，外板既没有出现开裂现象，也没有新增其他质量问题。装配胶条后，没有出现胶条脱出的质量问题，问题得以关闭，如图21所示。

图21 更改后的胶条装配情况

通过解决应用中发现的质量问题，进一步提升了新型混合包边装置的可靠性。

5 结束语

（1）本文通过对产品变化情况及原有窗框包边工艺设备的研究，开发了一种新型混合包边装置，从滚轮优化、节拍保证、效率提升等三方面进行改进，能很好的解决原设备存在的各种问题。

（2）新装置不仅满足节拍要求，且经过多个项目验证，包边后的产品质量稳定，机器人及滚头造价低且可重复利用，有利于降低设备成本，具有较广的实用性。

（3）新装置在应用中相应地解决了出现的一些产品质量问题，为后续项目积累丰富经验。