畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）汽車車門自動(dòng)包邊機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、目錄摘要1Abstract21 緒論31.1 機(jī)器人滾邊技術(shù)研究的背景及意義31.2 機(jī)器人滾邊技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢52 機(jī)器人滾邊工藝研究82.1 門蓋產(chǎn)品總成結(jié)構(gòu)82.2 包邊類型112.3 包邊工藝過程122.4 傳統(tǒng)包邊工藝142.4.1 手工包邊工藝及設(shè)備142.4.2 壓力機(jī)模具壓合包邊工藝及設(shè)備142.4.3 門蓋專用包邊機(jī)152.5 機(jī)器人滾邊工藝163 機(jī)器人滾邊系統(tǒng)173.1 滾邊工具系統(tǒng)173.2 滾邊夾具系統(tǒng)213.3 滾邊胎膜設(shè)計(jì)233.4 滾邊回轉(zhuǎn)臺(tái)253.4.1 電機(jī)選型計(jì)算253.4.2 軸承使用壽命計(jì)算273.5 滾邊機(jī)器人及其控制系統(tǒng)284 基于DELMIA

2、的機(jī)器人柔性滾邊系統(tǒng)仿真驗(yàn)證304.1 機(jī)器人仿真技術(shù)概述304.2 國內(nèi)外機(jī)器人仿真研究314.3 DELMIA介紹324.4 DELMIA仿真步驟334.4.1 創(chuàng)建滾邊工作站334.4.2 創(chuàng)建TCP344.4.3 設(shè)置Tag354.4.4 夾具和轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)建模364.4.5 連續(xù)運(yùn)動(dòng)仿真36結(jié)論38謝辭39參考文獻(xiàn)39汽車車門自動(dòng)包邊機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：包邊是指把經(jīng)過翻邊的板料折疊到180，它可以提高零件的外觀，保證外表面光整平滑，沒有壓痕、凹陷、凸包等缺陷，同時(shí)增加整體強(qiáng)度和剛性。包邊機(jī)器人能夠針對不同工件對工作程序做出相應(yīng)改變來適應(yīng)工件的不同特征，面對不同的加工零件時(shí)都可以順利地沿著工件

3、的輪廓進(jìn)行運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行滾壓包邊運(yùn)動(dòng)，相比其現(xiàn)有的包邊設(shè)備，包邊機(jī)器人具有很高的柔性化程度。本文結(jié)合門蓋總成結(jié)構(gòu)，概述傳統(tǒng)包邊工藝，研究機(jī)器人柔性滾邊工藝。利用CATIA設(shè)計(jì)出機(jī)器人柔性滾邊系統(tǒng)，并介紹滾邊系統(tǒng)的各個(gè)組成部分，通過DELMIA仿真軟件對機(jī)器人滾邊工藝方案進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。關(guān)鍵詞：包邊 機(jī)器人 仿真 Abstract: Hemming refers to folding the flange over 180 , which can make the appearance of the parts smooth without any indentation, sag or conve

4、x hull, and increase the strength and rigidity of parts. Hemming robot can change the operation procedures for the different parts and hemming successfully along the outline of machining parts. Compared with the existing other hemming equipment, hemming robot is highly flexible. This paper presented

5、 the traditional hemming process and gave a research of the robotic flexible hemming process combining with the door closure assembly. By CATIA, we designed the robotic flexible hemming process and introduced the different components. Moreover, the plan would be designed and verified through DELMIA

6、simulation software.Keywords: Hemming Robot Simulation1 緒論汽車工業(yè)可促進(jìn)一個(gè)國家的工業(yè)化進(jìn)程，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)。世界發(fā)達(dá)國家都把汽車工業(yè)作為重要的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)發(fā)展，都是國民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。汽車工業(yè)水平是一個(gè)國家現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。中國汽車工業(yè)是中國經(jīng)濟(jì)的重要產(chǎn)業(yè)，體現(xiàn)了中國工業(yè)化水平、經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科技創(chuàng)新能力?？v觀汽車工業(yè)發(fā)展百余年，人們對汽車的要求已從實(shí)用性、可靠性提高到對舒適性、美觀性、安全性、實(shí)用經(jīng)濟(jì)性等方面的要求，從而對汽車車身也提出了許多新的要求，特別是外覆的門蓋類件的表面質(zhì)量。汽車左右前車門、后車門，發(fā)動(dòng)機(jī)蓋和行李箱蓋(后

7、背門)，即稱四門兩蓋，是汽車車身總成的重要組成部分，因在車身制造中所具有的普遍性和工藝上的特殊性而被人們越來越重視。汽車四門兩蓋是汽車車身的外表開啟件，裝配后要與周圍零件保持圓滑過渡和均勻的裝配間隙，以達(dá)到良好的互換性。因此，要求門、蓋外表面光滑平整，沒有壓痕、凹陷、凸包、折邊翹曲等缺陷，且要保證工件整體尺寸精確、穩(wěn)定。由于門蓋在整個(gè)車身制造中所占有的比例及其所具有功能的特殊性，故對門蓋生產(chǎn)工藝及設(shè)備和工裝的要求很高。當(dāng)今國際汽車制造業(yè)間的競爭日益激勵(lì)，汽車開發(fā)周期不斷縮短，新車型不斷涌現(xiàn)，柔性與可重構(gòu)車身生產(chǎn)線技術(shù)是針對當(dāng)今制造業(yè)小批量多品種而發(fā)展的一種新生產(chǎn)模式，是縮短汽車開發(fā)周期、提高產(chǎn)

8、品競爭力的關(guān)鍵之一。包邊機(jī)器人能夠針對不同工件對工作程序做出相應(yīng)改變來適應(yīng)工件的不同特征，面對不同的加工零件都可以順利地沿著工件的輪廓進(jìn)行運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行滾壓包邊，相比現(xiàn)有的包邊設(shè)備，包邊機(jī)器人具有很高的柔性化程度。1.1 機(jī)器人滾邊技術(shù)研究的背景及意義中國汽車工業(yè)規(guī)模在迅速增長，中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2010年中國汽車產(chǎn)銷分別為182647萬輛和180619萬輛，同比分別增長3244和3237。其中乘用車產(chǎn)銷分別為138971萬輛和137578萬輛，同比分別增長3383和3317；商用車產(chǎn)銷分別為43676萬輛和43041萬輛，同比分別增長2819和2990。而美國2010年全年汽車

9、銷量為1150萬輛，比中國汽車銷量少了650多萬輛。由此可見中國汽車產(chǎn)銷量超過美國位居世界第一。汽車工業(yè)是基礎(chǔ)工業(yè)部門，是國家經(jīng)濟(jì)獨(dú)立和綜合國力的核心標(biāo)志，提高汽車工業(yè)的自主創(chuàng)新能力對加快工業(yè)化、提高國家工業(yè)的國際競爭力具有戰(zhàn)略意義。中國加入世界貿(mào)易組織以后，汽車工業(yè)的自主創(chuàng)新也取得了令人矚目的成績。2006年自主品牌乘用車市場占有率由五年前的不足5%提升到近30%。自主創(chuàng)新帶來的是民族汽車工業(yè)的顯著成長，典型企業(yè)更是取得了驕人的發(fā)展。其中汽車自主品牌是進(jìn)行自主創(chuàng)新的載體，但目前中國大多數(shù)汽車自主品牌規(guī)模小、技術(shù)含量不高、缺乏國際競爭力。中國汽車工業(yè)如果沒有自主品牌做支撐，其在國際產(chǎn)業(yè)競爭中的

10、地位就只能處于“低層”，甚至是依附地位。汽車產(chǎn)品失去品牌就失去市場，因此，要成為中國汽車大市場的主導(dǎo)者或有地位的競爭者，就要實(shí)施品牌優(yōu)先戰(zhàn)略，扶持自主品牌發(fā)展。隨著汽車進(jìn)入家庭比例的大幅度上升，汽車制造業(yè)間的競爭日益激烈，為了搶占盡可能大的市場份額，汽車生產(chǎn)企業(yè)在提高產(chǎn)量的同時(shí)，不斷推出新車型來迎合廣大消費(fèi)者對汽車外觀、價(jià)格等方面的個(gè)性化需求。美國近幾年做的一個(gè)關(guān)于消費(fèi)者偏好的調(diào)查顯示“在以往的二十年里，絕大多數(shù)的消費(fèi)者偏好的是汽車的款式而不是性能?！泵磕耆毡旧a(chǎn)的汽車中24.3%的汽車有一個(gè)較大款式的變化?？焖俣嘧兌嫶蟮氖袌鲂枨鬀Q定了多品種小批量正在成為未來汽車的主要生產(chǎn)方式。生產(chǎn)模式的改

11、變，車身生產(chǎn)線上原來的一些設(shè)備就成了降低產(chǎn)品開發(fā)成本、縮短開發(fā)周期的瓶頸。如何降低混線生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，已經(jīng)成為國內(nèi)汽車生產(chǎn)廠家亟待解決的共同問題。在汽車工業(yè)生產(chǎn)中，傳統(tǒng)的門蓋線的包邊方式主要有壓力機(jī)模壓包邊和車門折邊機(jī)包邊，機(jī)器人包邊是新型的包邊技術(shù)。(1) 壓力機(jī)模壓包邊是將模壓包邊設(shè)備裝在大型壓機(jī)上，一次成形，生產(chǎn)效率高，可達(dá)到6090JPM，包邊質(zhì)量和外觀均很好。對于不同的產(chǎn)品，模壓包邊可以通過更換不同模具來包邊。但是，壓力機(jī)模壓包邊的設(shè)備體積大，占地大，難于工藝調(diào)整和零件輸送自動(dòng)化。成本高、投資大，單個(gè)包邊線約260萬300萬元人民幣。(2) 車門折邊機(jī)是采用油缸驅(qū)動(dòng)

12、杠桿翻轉(zhuǎn)的預(yù)包邊和包邊技術(shù)，設(shè)備的體積小，布置靈活，可實(shí)現(xiàn)零件輸送自動(dòng)化，效率較高，可達(dá)5060JPM，但相對來說折邊力較小，工件成形質(zhì)量不是很好，且包邊周期長，每臺(tái)折邊機(jī)都是專用的，只能生產(chǎn)一種產(chǎn)品，無法實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)。成本很低，自行設(shè)計(jì)的單個(gè)包邊線約70萬人民幣。(3) 新型的機(jī)器人包邊技術(shù)，不僅設(shè)備的一次性投入小成本低，單個(gè)包邊線約200萬人民幣，而且成型美觀、柔性化制造、生產(chǎn)率高、作業(yè)面積小，最重要的是研發(fā)和制造周期短，提高了產(chǎn)品競爭力，適應(yīng)汽車工業(yè)的快速發(fā)展，符合汽車制造業(yè)中車身柔性化生產(chǎn)線的發(fā)展趨勢。機(jī)器人應(yīng)用水平是一個(gè)國家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。機(jī)器人的使用將變得普遍，品種可變

13、龐大的柔性生產(chǎn)線將全面取代過去品種單一、限定性大的剛性生產(chǎn)線。隨著我國制造業(yè)的迅猛發(fā)展，我國機(jī)器人的市場需求不斷增加，機(jī)器人的銷售量持續(xù)增長。專家預(yù)測，中國機(jī)器人到2010年擁有量將達(dá)到17300臺(tái)，到2015年，市場容量將達(dá)十幾萬臺(tái)（套）。汽車制造、工程機(jī)械及電機(jī)、電子等行業(yè)的企業(yè)是中國今后對機(jī)器人需求最大的部門，其中所需機(jī)器人的品種以弧焊、點(diǎn)焊、噴漆、裝配、搬運(yùn)、沖壓、滾邊等為主。我國汽車自動(dòng)化裝備的國產(chǎn)化率越來越低，平均占有率不到30%。在乘用車領(lǐng)域，裝備的進(jìn)口依賴度更高，在合資企業(yè)中，裝備的國產(chǎn)化率一般不超過15%。我們在付出大量產(chǎn)品技術(shù)使用費(fèi)的同時(shí)，也付出了巨額外匯購買外國裝備和技術(shù)

14、。而工業(yè)機(jī)器人焊裝技術(shù)嚴(yán)重依賴國外的現(xiàn)象尤為突出，基本都是全套從國外引進(jìn)。昂貴的進(jìn)口設(shè)備雖然滿足了部分汽車企業(yè)批量生產(chǎn)的需求。尤其是柔性與質(zhì)量保證等方面，不利于我國機(jī)器人系統(tǒng)自主開發(fā)能力的提升，也不利于我國汽車行業(yè)的進(jìn)步。激烈的國際競爭及我國落后的工業(yè)機(jī)器人制造及應(yīng)用技術(shù)已嚴(yán)重制約了民族汽車工業(yè)的發(fā)展。1.2 機(jī)器人滾邊技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢國外基于門蓋線機(jī)器人柔性自動(dòng)化島的發(fā)展趨勢主要是利用系統(tǒng)仿真技術(shù)、虛擬制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)等多種高新技術(shù)進(jìn)行大型自動(dòng)化生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)開發(fā)、控制協(xié)調(diào)和管理，自動(dòng)化生產(chǎn)線的在線檢測及監(jiān)控技術(shù)以及生產(chǎn)線的模塊化和可重構(gòu)技術(shù)也是各大汽車裝備集成制造商在大力研究發(fā)

15、展的新技術(shù)。他們的白車身門蓋生產(chǎn)已經(jīng)普遍采用機(jī)器人大型自動(dòng)化生產(chǎn)線。此外一批具有影響力的、著名的工業(yè)機(jī)器人公司、自動(dòng)化公司，如瑞典的ABB Robotics、日本的FANUC、德國的KUKA Robot、EDAG、ThyssenKrupp、意大利COMAU公司等，已經(jīng)成為其所在地區(qū)的支柱性產(chǎn)業(yè)，它們的機(jī)器人本體制造技術(shù)穩(wěn)定、先進(jìn)，但其所提供集成技術(shù)解決方案才是它們真正的核心競爭力。各機(jī)器人系統(tǒng)集成解決方案提供商，在工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成技術(shù)領(lǐng)域正向著規(guī)范化和系列化發(fā)展，如通用、寶馬、奔馳等汽車巨頭，用于門蓋線生產(chǎn)的機(jī)器人都已在萬臺(tái)套以上，而且這種方法基本已經(jīng)成為中高檔汽車門蓋生產(chǎn)的主流。國內(nèi)在汽車

16、門蓋線生產(chǎn)方面，汽車門蓋生產(chǎn)主要是以壓力機(jī)模壓包邊和車門折邊機(jī)兩種方式為主。對于模壓包邊，雖然生產(chǎn)率高，工件質(zhì)量穩(wěn)定，類似于沖壓工藝但又有區(qū)別，但缺點(diǎn)是難以實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)、設(shè)備維護(hù)成本高、作業(yè)面積較大。而車門折邊機(jī)，雖然它的一次性投入最小，但由于折邊力相對較小，工件成形質(zhì)量不是很好，而且每臺(tái)折邊機(jī)都是專用的，只能生產(chǎn)一種工件，無法實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)。隨著改革開放的進(jìn)行，20世紀(jì)80年代中期，我國的部分汽車生產(chǎn)廠家有機(jī)會(huì)了解到國外先進(jìn)的門蓋線機(jī)器人柔性自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)，由于當(dāng)前國內(nèi)的自動(dòng)化裝備綜合技術(shù)實(shí)力還不足，不具備設(shè)計(jì)制造高水平的成套門蓋線的能力。整套技術(shù)完全掌握在少數(shù)幾家國外自動(dòng)化公司手中，面對

17、汽車行業(yè)的激烈競爭又不允許國內(nèi)的汽車生產(chǎn)廠家用國產(chǎn)的裝備進(jìn)行試驗(yàn)，只好成套引進(jìn)，使得國內(nèi)汽車廠家近年來與國外水平的差距越來越大。采用機(jī)器人帶動(dòng)滾壓機(jī)構(gòu)進(jìn)行包邊是21世紀(jì)初國外汽車工業(yè)界的新趨勢，它能夠針對不同幾何形狀的零件，采用不同的包邊路徑，因此對不同零件具有柔性，大大降低了模具費(fèi)用，由于可以采用同一機(jī)器人完成上下料、涂膠、包邊等一系列工藝動(dòng)作，因此減少了裝卸時(shí)間。它既適用于產(chǎn)品試制階段，也適用于大批量流水生產(chǎn)線使用。自上世紀(jì)九十年代以來，機(jī)器人滾壓包邊技術(shù)引起了汽車制造業(yè)的廣泛關(guān)注。世界各大汽車公司對機(jī)器人滾壓包邊設(shè)備的開發(fā)都給予極大的重視。近幾年，在這一領(lǐng)域已出現(xiàn)不少專利，如日本豐田汽車

18、公司發(fā)明的機(jī)器人包邊設(shè)備，使用了一種空氣軸承的單個(gè)滾子滾壓機(jī)構(gòu)，將預(yù)包邊滾子和包邊滾子固定在串聯(lián)機(jī)器人的機(jī)械手上，通過機(jī)械手沿工件邊緣的平動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工件的滾壓包邊。一套機(jī)器人滾邊系統(tǒng)的投資比一套進(jìn)口液壓機(jī)包邊系統(tǒng)投資相對少，這使其在國內(nèi)應(yīng)用成為可能。機(jī)器人滾邊系統(tǒng)只需要包邊下模具，而且下模具的結(jié)構(gòu)簡單，模具只需要復(fù)型車門外輪廓，而且可以是分模，成本相對較低。多車型車門生產(chǎn)時(shí)，需要更換包邊模具。由于機(jī)器人滾邊下模具簡單，沒有上模，換模相對容易，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，柔性好。機(jī)器人滾邊速度適中，比液壓包邊機(jī)包邊慢，一般一個(gè)機(jī)器人滾邊的純滾邊時(shí)間大約在4050s左右，基本可以滿足一般中等規(guī)模生產(chǎn)需要。如果生

19、產(chǎn)規(guī)模大、產(chǎn)量高，可以根據(jù)需要在滾邊系統(tǒng)中增加13個(gè)滾邊機(jī)器人，這樣純滾邊時(shí)間可以大大的縮短，提高生產(chǎn)節(jié)拍。隨著人們對機(jī)器人滾邊系統(tǒng)的了解和我國汽車工業(yè)的發(fā)展，機(jī)器人滾邊系統(tǒng)將會(huì)越來越受到國內(nèi)汽車制造商的青睞。2 機(jī)器人滾邊工藝研究2.1 門蓋產(chǎn)品總成結(jié)構(gòu)門和蓋這類總成結(jié)構(gòu)上都是由外板總成和內(nèi)板總成組成的。內(nèi)、外板總成又是由各自的小件裝焊而成的。轎車內(nèi)板總成往往由內(nèi)板、加強(qiáng)板、凸焊螺母或螺柱焊接而成的。外板總成一般為沖壓件，有的外板總成在外板上焊接門把手加強(qiáng)板或門鉸鏈加強(qiáng)板而形成合件。不同車型構(gòu)成內(nèi)外板的零件會(huì)有所差異。但有一點(diǎn)是相同的，即門蓋在形成內(nèi)外板總成后，一般都要采用包邊工藝，將內(nèi)外板

20、連成一體。要求表面平整光滑, 無坑包、壓痕、變形等表面缺陷, 且車蓋總成整體尺寸要求準(zhǔn)確、穩(wěn)定, 保證車蓋總成在白車身裝配后與周圍零件保持均勻的面差及間隙, 以達(dá)到良好的互換性。車蓋總成的裝配、焊接及合成質(zhì)量, 在一定程度上反映了汽車車身總成的制造水平。圖2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)蓋外板總成圖2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板總成圖2.3 左后門外板總成圖2.4 左后門內(nèi)板總成圖2.5 門蓋總成工藝流程2.2 包邊類型包邊主要用于汽車外覆蓋件中的門蓋類件，這些零件大都為空間曲面結(jié)構(gòu)，形狀復(fù)雜，但只從單個(gè)截面來分析，其包邊主要的類型有5種，如圖1到圖5所示，圖1扁平包邊是目前最常用的類型，圖2直接包邊用于特殊無內(nèi)板處包邊

21、的部位，圖3突尖角包邊用于內(nèi)板較厚、板厚有變化的門蓋件，圖4凸起包邊目前基本不采用，圖5環(huán)形包邊主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)罩上端的包邊。圖2.6 包邊類型2.3 包邊工藝過程包邊是指把經(jīng)過翻邊的板料折疊到180，它可以提高零件的外觀，保證外表面光整平滑，沒有壓痕、凹陷、凸包等缺陷，同時(shí)增加整體強(qiáng)度和剛性。一般包邊的過程分為三個(gè)步驟：翻邊，預(yù)包邊，終包邊。需要包邊的外板沖壓成型后, 其周邊有一圈寬10mm12mm、與外板本體成90的翻折邊, 這條邊就是待包邊。包邊時(shí), 待包邊向內(nèi)翻折90包實(shí)內(nèi)板邊緣。理論分析和試驗(yàn)表明, 很難做到將待包邊從90一步翻折至0并包實(shí)內(nèi)板邊緣。因此, 我們一般將包邊工藝分成兩步，

22、首先將待包邊從90翻折至45, 稱之為預(yù)包邊; 然后再將其從45翻折至0并壓實(shí),稱為終包邊。根據(jù)車身裝配工藝技術(shù)要求, 包邊成型后的零件周邊必須平滑順暢, 沒有波狀起伏和明顯皺褶, 內(nèi)板和外板包合處必須平實(shí)服帖。同時(shí), 為了保證整車外觀美觀, 內(nèi)外板在包邊過程中都不允許有任何變形及損傷。根據(jù)待包邊和所要包曲面的形狀，包邊又分為平面-直邊包邊、平面-曲線包邊、曲面-直線包邊、曲面-曲線包邊。圖2.7 包邊類型 翻邊 預(yù)包邊 終包邊圖2.8 包邊步驟(1)包前狀態(tài)。被包件翻邊與外板法向平面的夾角通常為9O，在某些特殊要求的被包件上也會(huì)有不同，但盡量都設(shè)計(jì)在9O左右，這樣有利于進(jìn)行包邊。(2)預(yù)包狀

23、態(tài)。因壓人角和回轉(zhuǎn)點(diǎn)的限制，包邊分預(yù)包和終包兩個(gè)階段。預(yù)包角a基本按45完成，在被包邊件翻邊很短的區(qū)域預(yù)包角也可以設(shè)計(jì)為30。(3)終包狀態(tài)。將翻邊完全壓貼，同時(shí)將被包件的外形面的最終狀態(tài)與包邊機(jī)模腔型面壓至一致。也有某些特征部位需要保留翻邊的地方，只允許壓入30，則終包通過限位裝置實(shí)現(xiàn)控制。2.4 傳統(tǒng)包邊工藝2.4.1 手工包邊工藝及設(shè)備手工包邊工藝通常適用于小批量或試制生產(chǎn)。該工藝主要采用簡易工裝胎模支撐門或蓋，工人使用木榔頭等工具逐點(diǎn)、逐段敲砸、壓合成形，從而完成門蓋包邊工作。手工包邊工藝及設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備最簡單，投入最低，占地面積最小。缺點(diǎn)是效率低，包邊質(zhì)量差，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，車間噪

24、聲大，只適用于試制或小批量生產(chǎn)，對于各類汽車生產(chǎn)企業(yè)的門蓋包邊不推薦使用。2.4.2 壓力機(jī)模具壓合包邊工藝及設(shè)備這種工藝方法是在大臺(tái)面通用壓力機(jī)上采用上、下模具壓合的方式進(jìn)行包邊，包邊質(zhì)量好，效率高。若更換模具可輪番生產(chǎn)不同的門蓋總成。轎車門蓋包邊一般采用公稱壓力為15002000kN的液壓機(jī)，旅行車及載重貨車車門包邊一般采用公稱壓力為25003150kN的液壓機(jī)。包邊壓合模具一般分為兩套，即45和90包邊模各一套，分別完成45和90包邊。目前多采用復(fù)合包邊模具在壓力機(jī)上安裝門蓋包邊復(fù)合模具，一次行程即可完成45預(yù)包邊和90包邊。若在壓力機(jī)上配備單向或雙向移動(dòng)工作臺(tái)，或者配置換模臺(tái)車進(jìn)行模具

25、更換，就可適應(yīng)不同的門蓋包邊。不但節(jié)省設(shè)備投資，而且易于產(chǎn)品更新?lián)Q代。改變產(chǎn)品，僅需更換模具即可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的改造計(jì)劃，節(jié)省了設(shè)備投資。這種方式具有一定的柔性，適合各種批量、各種車型門蓋的包邊，并能滿足產(chǎn)品換型要求，但模具設(shè)計(jì)與制造較復(fù)雜。門蓋包邊要視年產(chǎn)綱領(lǐng)大小，選用一臺(tái)或多臺(tái)壓力機(jī)，配置復(fù)合模具，與車間其他焊接生產(chǎn)線按節(jié)拍均衡生產(chǎn)，也可通過更換模具對門蓋輪番組織生產(chǎn)。尤其在小批量多品種生產(chǎn)時(shí)其優(yōu)點(diǎn)更為突出，可以利用更換模具改變不同產(chǎn)品門蓋的包邊。缺點(diǎn)是在多品種輪番生產(chǎn)時(shí)，要求車間要有足夠的門蓋總成存放面積，才能與車間其他生產(chǎn)線配套生產(chǎn)，因此，輪番生產(chǎn)對車間的組織和管理水平要求較高。壓力機(jī)模具壓

26、合包邊工藝及設(shè)備適用于各種批量、各類車型、各種檔次汽車門蓋的包邊生產(chǎn)，靈活性大，不僅適合于各種批量多品種生產(chǎn)的中小型汽車制造企業(yè)，也適合于大中型汽車制造企業(yè)。缺點(diǎn)是壓力機(jī)本身尺寸大，國產(chǎn)壓力機(jī)地面高度尺寸一般在5m以上，要求廠房不能太低，且維修復(fù)雜。(1)當(dāng)包邊質(zhì)量要求不高，年產(chǎn)量在10萬輛左右的多品種低檔車門蓋包邊(如微型轎車、微型面包車和皮卡車等)，采用壓力機(jī)模具壓合包邊工藝。選用3臺(tái)國產(chǎn)四柱式液壓機(jī)，配備國產(chǎn)復(fù)合模具，輪番組織生產(chǎn)各種門蓋總成。(2)當(dāng)包邊質(zhì)量要求較高，年產(chǎn)量在10萬輛左右的多品種中檔車門包邊(如小型轎車、緊湊型轎車、SUV車和MPV車等)，采用3臺(tái)國產(chǎn)框架式液壓機(jī)，配套

27、國產(chǎn)模具，投資許可時(shí)可配套進(jìn)口模具，輪番組織生產(chǎn)各種門蓋總成。(3)當(dāng)包邊質(zhì)量要求很高，年產(chǎn)量在10萬輛左右的多品種高檔車門蓋包邊(如中型轎車、中大型轎車、豪華轎車、SUV車和MPV車等)，采用3臺(tái)國產(chǎn)框架式液壓機(jī)，加上進(jìn)口模具，或成套進(jìn)口包邊壓力機(jī)和包邊模具，輪番組織生產(chǎn)各種門蓋總成。2.4.3 門蓋專用包邊機(jī)門蓋專用包邊機(jī)是將設(shè)備和包邊模塊設(shè)計(jì)為一體。目前，國產(chǎn)專用包邊機(jī)主要由主機(jī)、液壓泵站和可編程控制器三大部分組成。主機(jī)由機(jī)架、氣動(dòng)夾緊裝置、氣動(dòng)升降機(jī)構(gòu)、45包邊模塊和90包邊模塊組成。同時(shí)主機(jī)上可設(shè)計(jì)帶自動(dòng)進(jìn)料、自動(dòng)出料等傳送機(jī)構(gòu)。當(dāng)工件被放置在傳送機(jī)構(gòu)上傳送到位后，氣動(dòng)升降機(jī)構(gòu)將工件

28、降落到主機(jī)模腔內(nèi)，由氣動(dòng)夾緊器將工件定位夾緊，先由45液壓模塊動(dòng)作，完成45預(yù)包邊，而后再由90液壓模塊動(dòng)作完成90包邊。專用包邊機(jī)只能一個(gè)門或一個(gè)蓋一臺(tái)專機(jī)，不能互換。專用包邊機(jī)生產(chǎn)率高，單臺(tái)設(shè)備占地面積小，生產(chǎn)中可與車間其他生產(chǎn)線節(jié)拍相吻合，實(shí)現(xiàn)同步化生產(chǎn)。因此，專用包邊機(jī)適用于單一品種大批量流水生產(chǎn)線。國產(chǎn)專用包邊機(jī)還有一個(gè)最大的優(yōu)勢是價(jià)格便宜，一臺(tái)專用包邊機(jī)目前價(jià)格在30萬元左右，約是壓力機(jī)加上復(fù)合模具價(jià)格的14。因此，國產(chǎn)門蓋專用包邊機(jī)在20世紀(jì)90年代初由江蘇華寧電子集團(tuán)(電子部第十四研究所)開發(fā)研制成功后，廣泛用于了中小型汽車制造企業(yè)輕型載重貨車、面包車、皮卡車和微型汽車門蓋的包

29、邊生產(chǎn)。目前，南京鑫浦機(jī)電設(shè)備制造有限公司(電子部第十四研究所)正在開發(fā)研制用于中、高檔轎車門蓋專用包邊機(jī)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，國產(chǎn)專用包邊機(jī)必將替代進(jìn)口專用包邊機(jī)，對降低產(chǎn)品成本、提高生產(chǎn)效率是非常有利的。專用包邊機(jī)分國產(chǎn)專用包邊機(jī)和進(jìn)口專用包邊機(jī)。國產(chǎn)專用包邊機(jī)生產(chǎn)率高、價(jià)格便宜，常用于載重貨車、皮卡車和微型汽車等門蓋的包邊。對門蓋包邊質(zhì)量要求高的中、高檔轎車，進(jìn)口專用包邊機(jī)無論從設(shè)備結(jié)構(gòu)、包邊質(zhì)量上都優(yōu)于國產(chǎn)專用包邊機(jī)。但進(jìn)口專用包邊機(jī)價(jià)格高，一般為20 25萬美元，約是目前國產(chǎn)專用包邊機(jī)價(jià)格的57倍。(1)對于微型轎車、微型面包車等門蓋包邊，年產(chǎn)量在10萬輛及其以上，產(chǎn)品較單一時(shí)，選用6臺(tái)

30、國產(chǎn)專用包邊機(jī)，組織6條流水生產(chǎn)線，較為經(jīng)濟(jì)合理。(2)對于包邊質(zhì)量要求較高的中、高檔轎車，年產(chǎn)量在10萬輛及其以上，產(chǎn)品較單一時(shí)，可選用6臺(tái)進(jìn)口專用包邊機(jī)，組織6條流水生產(chǎn)線，與車間其他焊接生產(chǎn)線進(jìn)行同步生產(chǎn)。(3)對于包邊質(zhì)量要求很高的高檔車，如中型轎車、中大型轎車等，年產(chǎn)量在10萬輛及其以上，單一產(chǎn)品時(shí)，門蓋包邊采用6臺(tái)進(jìn)口專用包邊機(jī)，與機(jī)器人等成套工裝設(shè)備組成6條自動(dòng)化生產(chǎn)線，其中包括外板涂膠、內(nèi)、外板總成裝配、包邊及固化等工裝設(shè)備。工位之間搬運(yùn)由機(jī)器人來完成。2.5 機(jī)器人滾邊工藝包邊機(jī)器人的工作原理：是讓位于機(jī)械臂的終端的滾筒能夠沿著被包邊工件的輪廓進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，通過滾筒所施加的力將工

31、件在沖壓過程中預(yù)留的翻邊，也就是待包邊在滾筒的作用下向內(nèi)側(cè)翻折，從90度到45度最后變成0度或者從90度到60度后變成30度最后變?yōu)?度，從而將外板的待包邊緊緊壓緊內(nèi)板，使外板和內(nèi)板整合成一體。機(jī)器人滾邊系統(tǒng)主要由滾邊工具系統(tǒng)、胎模夾具系統(tǒng)和機(jī)器人控制系統(tǒng)三部分組成，具有較高的柔性。同一機(jī)器人可以通過調(diào)用不同的程序?qū)Χ鄠€(gè)產(chǎn)品進(jìn)行包邊，大大降低生產(chǎn)成本，單臺(tái)設(shè)備占地面積小，噪聲小且設(shè)備維修簡單，維護(hù)成本低。當(dāng)更換胎模和夾具，修改滾輪即可，降低汽車產(chǎn)品的生產(chǎn)成本并縮短開發(fā)周期，提高產(chǎn)品競爭力。3 機(jī)器人滾邊系統(tǒng)3.1 滾邊工具系統(tǒng)滾邊工具系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)比較簡單的部分。由換槍盤、彈性連接組件、

32、滾邊頭組件三部分組成。滾邊工具系統(tǒng)通過換槍盤上的法蘭與機(jī)器人相連。由于滾邊技術(shù)本身的特點(diǎn)，滾邊過程一般分為24次順序完成，因此滾輪通常設(shè)計(jì)有翻邊輪、壓實(shí)輪、水滴型輪、細(xì)輪。本設(shè)計(jì)將這些滾輪分解到2個(gè)滾輪架中，視具體情況而定，以在滾邊過程中滾輪之間不產(chǎn)生干涉為準(zhǔn)則。換槍盤采用NITTA的Omega4系列換槍盤，如圖3.1，為氣壓驅(qū)動(dòng)式自動(dòng)工具交換裝置?；緟?shù)為承重200kg，最大力矩1500kgcm，最大轉(zhuǎn)矩1500kgcm?；旧戏譃閮刹糠?，由機(jī)械手接頭和工具接頭組成。運(yùn)用接頭板能夠安裝所有機(jī)械手和工具。還備有向工具側(cè)傳輸信號(hào)的電子信號(hào)針。機(jī)械手接頭是的換槍盤基本組成部分。在機(jī)械手接頭主體安

33、裝著傳輸安裝狀態(tài)信號(hào)的感應(yīng)器。從此感應(yīng)器輸出夾頭側(cè)信號(hào)、非夾頭側(cè)信號(hào)及連接確認(rèn)信號(hào)。工具接頭是構(gòu)成換槍盤的另一個(gè)基本部分，用于安裝工具。在工具接頭上設(shè)有鎖定螺栓，與固定機(jī)械手接頭用凸輪嚙合。將機(jī)械手接頭和工具接頭相互連接起來的凸輪結(jié)構(gòu)是一個(gè)特殊結(jié)構(gòu)，能自動(dòng)補(bǔ)充連接時(shí)的偏移和長期形成的磨耗。這些凸輪靠汽缸工作，即使一時(shí)超過最大荷重，凸輪也不會(huì)脫落。這樣超負(fù)荷時(shí)，機(jī)械手接頭和工具接頭的接觸面略微分離，但兩個(gè)接頭絕對不會(huì)脫落。還有，這些凸輪裝有安全裝置。即凸輪通過彈性式汽缸工作時(shí)，即使在氣壓急劇下降等情況下，工具接頭也不會(huì)落下。圖3.1 換槍盤彈性連接組件內(nèi)部為花鍵連接，花鍵端部帶有矩形壓縮彈簧，通

34、過調(diào)節(jié)彈簧的壓縮量可以得到不同的壓力值，以滿足預(yù)包邊與終包邊不同滾邊力的需求，同時(shí)彈簧對滾邊工具的緩沖，可以起到對滾邊工具的保護(hù)作用。如圖3.2。端部的壓力傳感器用來檢測滾邊過程中滾邊工具系統(tǒng)受到的力，以便調(diào)試機(jī)器人。圖3.2 彈性連接組件滾邊頭組件由于與工件接觸，要承受很大的壓力，而且與工件有相對運(yùn)動(dòng)，因此對滾邊頭的材質(zhì)要求較高，要求滾邊頭具有較高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，耐磨性能好。一般可以采用合金工具鋼，如42CrMo、40CrMnMo等。表面要求淬火、回火，使用時(shí)滾邊頭表面硬度為54HRC左右。翻邊輪一般為預(yù)包邊輪，終包邊采用壓實(shí)輪，對于發(fā)艙蓋的后端，則用水滴型輪進(jìn)行包邊，細(xì)輪則用在滾邊外

35、形曲率較大及拐角處，保證滾邊工具不與板件干涉，且保證滾邊質(zhì)量。如圖3.3圖 3.3 滾邊頭組件3.2 滾邊夾具系統(tǒng)滾邊夾具系統(tǒng)是采用機(jī)器人滾邊技術(shù)進(jìn)行柔性化生產(chǎn)的中心區(qū)域。包括門蓋外板件的定位夾緊和門蓋內(nèi)板件的定位夾緊。外板件的定位及夾緊機(jī)構(gòu)跟胎膜連接在一起，外板件優(yōu)先采用孔定位。如果外板件上無定位孔，則選擇外形定位，采用吸盤將外板件牢牢地貼住胎膜型面。定位塊的位置及數(shù)量要布置得合理、充分，以保證在滾邊過程中當(dāng)部分定位塊打開時(shí)外板件不會(huì)發(fā)生移動(dòng)。如圖3.4、3.5。內(nèi)板件采用孔定位，如果內(nèi)板上設(shè)計(jì)有滾邊專用定位孔，則必須使用此孔定位。因?yàn)樵跐L邊過程中，定位孔的受力是不均衡的，每個(gè)方向可能受力，

36、普通的定位孔有產(chǎn)生變形的可能。內(nèi)板定位好后，需要采用專門夾具對內(nèi)板件夾緊。在設(shè)計(jì)夾具之前需要確定門蓋內(nèi)外板件的MCP及MCS。主要產(chǎn)品精度控制點(diǎn)MCP(Master Control Point)，也被稱作PLP（Principal Location Point），為車身沖壓和焊裝工藝共同使用的基本理論定位點(diǎn)。MCP是指在車身產(chǎn)品圖紙?jiān)O(shè)計(jì)階段，從產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，沖壓件、焊接總成件尺寸特性等級(jí)劃分的角度，按產(chǎn)品工藝的規(guī)劃順序，根據(jù)車身精度傳遞原則，在沖壓件、焊接分總成件和車身本體總成上逐級(jí)選定的主要產(chǎn)品精度控制點(diǎn)。MCP理論是基準(zhǔn)統(tǒng)一理論的沿用，要求產(chǎn)品、工藝、工裝等各個(gè)工藝順序的基準(zhǔn)重合，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)尺

37、寸和工藝尺寸的高度統(tǒng)一，從而指導(dǎo)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和工藝工裝的設(shè)計(jì)。車身產(chǎn)品MCP點(diǎn)的確定應(yīng)是在車身各級(jí)沖壓單件、分總成件和單個(gè)產(chǎn)品數(shù)模設(shè)計(jì)確定后，沿著整車白車身車身本體及活動(dòng)件底板、側(cè)圍、頂蓋大總成各級(jí)分總成沖壓單件的順序自上而下進(jìn)行設(shè)計(jì)， 以產(chǎn)品的MCP點(diǎn)的設(shè)計(jì)為主線，以確定各構(gòu)件的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝定位基準(zhǔn)，確保車身在制造工藝上精度傳遞的“一致性、直接性和穩(wěn)定性”。MCP三性原則的確定使白車身的各級(jí)MCP點(diǎn)按從下級(jí)到上級(jí)逐漸為副定位的方式相應(yīng)傳遞和減弱，保證在白車身本體最后組焊時(shí)動(dòng)力總成和底盤附件的重要裝配孔位，影響整車外觀平順性的重要型面邊緣作為最后工序的定位、壓夾和檢測點(diǎn)，以滿足整車的外觀和內(nèi)在

38、的使用要求。MCP信息確認(rèn)后，通過對MCS(Master Control Section)的分析，確定各關(guān)鍵定位夾緊點(diǎn)的位置，進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)。由于滾邊過程為薄板件的受力彎曲變形過程，故夾緊點(diǎn)應(yīng)選擇靠近滾邊軌跡，且靠近尖角處，保證內(nèi)外板件在滾邊過程中與胎模完好貼合。圖3.4 車門夾具圖3.5 發(fā)艙蓋夾具3.3 滾邊胎膜設(shè)計(jì)門蓋外板件放在滾邊胎膜上，由于胎模型面直接與板件外板接觸，其加工精度直接影響板件的外板質(zhì)量和包邊精度。滾邊胎模采用整體鑄造數(shù)控加工而成，其型面與門蓋外板的型面相吻合。在包邊胎模設(shè)計(jì)之前，首先應(yīng)對產(chǎn)品數(shù)模進(jìn)行綜合分析，確保數(shù)模的正確性，沒有自我干涉、掉面、剪裁不齊等缺陷，進(jìn)而確定胎

39、模設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)面。胎模的上表面與產(chǎn)品表面完全一致，側(cè)面則與板件表面垂直，便于滾邊，且保證滾邊工具與胎模無干涉區(qū)。由于胎模內(nèi)部有較大的空腔，導(dǎo)致胎模在滾邊受力狀態(tài)下的剛度和強(qiáng)度不足，需要在內(nèi)部設(shè)計(jì)支撐架及加強(qiáng)筋，以保證胎模側(cè)壁的強(qiáng)度。一般胎模體積較大，重量較重，則在保證胎模滾邊剛度和強(qiáng)度的前提下，在支撐架和加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)中挖出空洞，既節(jié)省材料，同時(shí)也減輕了胎模重量。方便設(shè)備的加工制造、安裝調(diào)試及維護(hù)。在滾邊過程中，為保證滾邊質(zhì)量，采用吸盤吸緊板件，當(dāng)滾邊夾具打開時(shí)，對板件進(jìn)行固定。為防止吸盤吸力過大，導(dǎo)致板件變形，在胎?？涨辉O(shè)計(jì)有尼龍塊，對板件進(jìn)行支撐，同時(shí)尼龍塊的選用也避免了對板件的損害。如圖3.6

40、，圖3.7。胎模一般選用模具鋼或軸承鋼，保證其加工精度及胎模的強(qiáng)度。根據(jù)胎模的三維設(shè)計(jì)，對胎模進(jìn)行保模設(shè)計(jì)，制作消失模，通過對消失模關(guān)鍵點(diǎn)的攝像采集，檢測其加工精度。然后對胎模進(jìn)行整體鑄造成型，對成型后的胎模進(jìn)行機(jī)加工，保證胎模上邊面的精度，確保與產(chǎn)品外形完全一致。最后再對其進(jìn)行人工檢測及修磨。圖3.6 發(fā)艙蓋胎模圖3.7 車門胎模3.4 滾邊回轉(zhuǎn)臺(tái)為了大大地縮短純滾邊時(shí)間，提高生產(chǎn)節(jié)拍，本設(shè)計(jì)采用回轉(zhuǎn)臺(tái)的形式。當(dāng)滾邊機(jī)器人在工作的時(shí)候，轉(zhuǎn)臺(tái)另一邊工人或機(jī)器人可以安放、取出門蓋內(nèi)外板件，這樣可以減少因?yàn)榘寮卜藕湍萌〉臅r(shí)間而造成生產(chǎn)節(jié)拍的延遲。另外，滾邊機(jī)器人離滾邊夾具和胎膜系統(tǒng)的距離比較近，

41、如果沒有回轉(zhuǎn)臺(tái)的話，滾邊機(jī)器人完成滾邊后工人的操作空間會(huì)非常小，并且工人的安全沒有保證。滾邊轉(zhuǎn)臺(tái)主要由六大部分組成：旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)滾邊夾具和胎膜等的支撐體，通過傳動(dòng)單元的傳動(dòng)，使其旋轉(zhuǎn)180度后到達(dá)工作位置；動(dòng)力單元依靠電機(jī)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)支承運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置；定位單元因?yàn)辇X輪之間有間隙，所以依靠電機(jī)帶動(dòng)不能實(shí)現(xiàn)精確的定位，故依靠定位鎖死機(jī)構(gòu)能使工作臺(tái)在沒有到位的情況下，依靠氣缸的作用使工作臺(tái)到達(dá)特定的位置，能提高轉(zhuǎn)臺(tái)的定位精度，保證滾邊質(zhì)量；底座工作臺(tái)的支撐體，用螺栓等把其固定在大地等位置。如圖3.8圖3.8 滾邊回轉(zhuǎn)臺(tái)3.4.1 電機(jī)選型計(jì)算根據(jù)胎膜和滾邊夾具的重量和滾邊過程中施加力的情況

42、，做如下簡圖進(jìn)行計(jì)算：圖3.9 轉(zhuǎn)臺(tái)簡圖 表3.1 單排交叉滾柱式回轉(zhuǎn)支承系列基本參數(shù)已知：轉(zhuǎn)臺(tái)的速度為10r/min，胎膜和夾具的最大重量約為3000kg，選型按照極限重量4000kg；設(shè)計(jì)中規(guī)定胎膜和夾具的重心不準(zhǔn)超過回轉(zhuǎn)中心100mm，選型按照偏差為100mm進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)臺(tái)中兩齒輪之間的減速比為17:96=0.177，故求得小齒輪的轉(zhuǎn)速為56r/min。轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)需在軸承處施加力為，轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的功率。根據(jù)SEW電機(jī)樣本選擇減速器的型號(hào)為SF77,na=56r/min，輸出扭矩Ma為455Nm的減速器，根據(jù)SEW樣本推薦選擇功率約為3KW的型號(hào)為MSK070E-XXXX-NN

43、-X1-UPX-NNNN的Rexroth伺服電機(jī)。3.4.2 軸承使用壽命計(jì)算表3.2 軸承參數(shù)根據(jù)已知條件對軸承進(jìn)行計(jì)算表3.3 回轉(zhuǎn)支承安全系數(shù)按照靜態(tài)工況選型按照動(dòng)態(tài)工況校核壽命圖3.10軸承的承載能力曲線查看軸承113.25.710型號(hào)軸承的承載能力曲線，可以看出其承載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于按照動(dòng)態(tài)工況計(jì)算的結(jié)果3.5 滾邊機(jī)器人及其控制系統(tǒng)本系統(tǒng)主要用于控制滾輪的運(yùn)動(dòng)軌跡，以及機(jī)器人與其他相關(guān)系統(tǒng)之間的通信。滾邊過程由機(jī)器人抓持滾邊工具執(zhí)行滾邊程序，依次完成整個(gè)車門的滾邊。滾輪運(yùn)動(dòng)軌跡的控制通過編程來實(shí)現(xiàn)，可以編制保存不同的程序，用于不同狀態(tài)的沖壓件及不同的成型要求來調(diào)用，靈活度高?？刂葡到y(tǒng)用

44、于控制機(jī)器人的動(dòng)作，與滾邊夾具、滾邊工具放置架、安全光柵、安全門等系統(tǒng)之間進(jìn)行通信，控制協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)中每個(gè)單元之間的動(dòng)作及順序，并對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行故障報(bào)警監(jiān)視。圖3.11為本設(shè)計(jì)所用機(jī)器人KUKA KR210-2.圖3.11機(jī)器人 程序是這個(gè)系統(tǒng)中的核心。程序的編制原則一般是在滾邊軌跡的沿線每間隔一定的距離設(shè)置一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)之間的軌跡通過設(shè)置一條樣條線來擬合，只要坐標(biāo)點(diǎn)的位置及樣條線設(shè)置的合理，軌跡完全可以滿足成型設(shè)計(jì)要求。采用這種方式編制滾邊程序可以大大減少編程的時(shí)間及成本。程序是在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中預(yù)先離線編制而成，并在軟件中進(jìn)行全程模擬好的。在現(xiàn)場調(diào)試階段再根據(jù)具體沖壓件的尺寸及

45、狀態(tài)，進(jìn)行最終的修改完善，因此在現(xiàn)場需要大量的程序調(diào)試及優(yōu)化工作，要求機(jī)器人調(diào)試工程師具備豐富的現(xiàn)場調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，以應(yīng)對現(xiàn)場出現(xiàn)的各種問題。車門角部的處理技術(shù)在整個(gè)車門滾邊中是一個(gè)難點(diǎn)，此處受外板沖壓件翻邊高度及角度的影響很大，對沖壓件要求比較嚴(yán)格，否則容易出現(xiàn)外板包不住內(nèi)板、堆料起皺等缺陷。整個(gè)程序編制以及調(diào)試優(yōu)化得是否合理、是否完善，對車門滾邊成形有著至關(guān)重要的影響。一套好的滾邊程序應(yīng)能保證車門滾邊成形后，角部不出現(xiàn)尖角、堆料、褶皺，直邊部分無波浪形變，外板表面無坑、包等質(zhì)量缺陷，使得車門滾邊整體尺寸精度合格穩(wěn)定，成形美觀。 4 基于DELMIA的機(jī)器人柔性滾邊系統(tǒng)仿真驗(yàn)證4.1 機(jī)器人仿真技

46、術(shù)概述機(jī)器人系統(tǒng)仿真是指通過計(jì)算機(jī)對實(shí)際的機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行模擬的技術(shù)。機(jī)器人系統(tǒng)仿真可以通過計(jì)算機(jī)對單機(jī)或多臺(tái)機(jī)器人組成的工作站或生產(chǎn)線進(jìn)行模擬。仿真可以通過交互式計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)和機(jī)器人學(xué)理論等，在計(jì)算機(jī)中生成機(jī)器人的幾何圖形，并對其進(jìn)行三維顯示，用來確定機(jī)器人的本體及工作環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化過程。通過系統(tǒng)仿真，可以在制造單機(jī)與生產(chǎn)線之前模擬出實(shí)物，縮短生產(chǎn)工期，可以避免不必要的返工。在使用的軟件中，工作站級(jí)的仿真軟件功能較全，實(shí)時(shí)性高且真實(shí)性強(qiáng)，可以產(chǎn)生近似真實(shí)的仿真畫面；而微機(jī)級(jí)仿真軟件實(shí)時(shí)性和真實(shí)性不高，但具有通用性強(qiáng)、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。目前機(jī)器人系統(tǒng)仿真所存在的主要問題是仿真造型與實(shí)際產(chǎn)品之間存

47、在誤差，需要進(jìn)一步的研究解決。機(jī)器人仿真主要應(yīng)用在兩個(gè)方面：一是機(jī)器人本身的設(shè)計(jì)和研究，這里機(jī)器人本身包括機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及機(jī)器人的控制系統(tǒng)， 它們主要包括機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，各種規(guī)劃和控制方法的研究等。機(jī)器人仿真系統(tǒng)可為這些研究提供靈活和方便的研究工具，它的用戶主要是從事機(jī)器人設(shè)計(jì)和研究的部門和高等學(xué)校。機(jī)器人仿真的第二個(gè)方面的主要應(yīng)用是那些以機(jī)器人為主體的自動(dòng)化生產(chǎn)線，它包括機(jī)器人工作站的設(shè)計(jì)、機(jī)器人的選型、離線編程和碰撞檢測等。機(jī)器人可為此提供既經(jīng)濟(jì)又安全的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)的手段，它的用戶主要是那些使用機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)部門。機(jī)器人是一種通用機(jī)械，通過重新編程，它可以完成不同的工作任務(wù)。當(dāng)

48、機(jī)器人改變工作任務(wù)時(shí)，通常需中斷機(jī)器人的當(dāng)前工作，先對機(jī)器人進(jìn)行示教編程，然后機(jī)器人按照新的程序執(zhí)行新的工作。若借助于機(jī)器人仿真系統(tǒng)，就可首先在仿真系統(tǒng)上進(jìn)行離線編程，然后將編好的程序裝到機(jī)器人中，機(jī)器人便可按照新的程序執(zhí)行新的工作。因此機(jī)器人可不必中斷當(dāng)前的工作，從而提高了生產(chǎn)效率，而且這種方法既經(jīng)濟(jì)又安全。利用機(jī)器人仿真系統(tǒng)進(jìn)行離線編程在國外已十分普遍，它是機(jī)器人仿真系統(tǒng)應(yīng)用最普遍和最典型的例子。4.2 國內(nèi)外機(jī)器人仿真研究國外很早便認(rèn)識(shí)機(jī)器人仿真在機(jī)器人研究和應(yīng)用方面的重要作用，并從70年代開始進(jìn)行了這方面的研究工作在許多從事機(jī)器人研究的部門都裝備有功能較強(qiáng)的機(jī)器人仿真軟件系統(tǒng)，它們?yōu)闄C(jī)

49、器人的研究提供了靈活和方便的工具。倒如，美國Cornell大學(xué)開發(fā)了一個(gè)通用的交互式機(jī)器人圖形仿真系統(tǒng)INEFFABELLE，它不是針對某個(gè)具體機(jī)器人，而是利用它可以很容易建立所需要的機(jī)器人及環(huán)境的模型，并且具有圖形顯示和運(yùn)動(dòng)的功能。西德Saarlandes大學(xué)開發(fā)了一個(gè)機(jī)器人仿真系統(tǒng)R0BSIM，它能進(jìn)行機(jī)器人系統(tǒng)的分析、綜合及離線編程，美國Maryland大學(xué)開發(fā)了一個(gè)機(jī)械手設(shè)計(jì)和分析的工具DYNAMAN，它能產(chǎn)生機(jī)械手的動(dòng)力學(xué)模型根據(jù)需要可以自動(dòng)產(chǎn)生F0RTRAN的仿真程序，同時(shí)也可產(chǎn)生符號(hào)表示的雅可比矩陣，MIT開發(fā)了一個(gè)機(jī)器人CAD軟件包OPTARM，它可用于時(shí)間最優(yōu)軌跡規(guī)劃的研究。

50、Michigan大學(xué)開發(fā)了一個(gè)機(jī)器人圖形編程系統(tǒng)PR0GRESS，其特點(diǎn)是菜單驅(qū)動(dòng)和光標(biāo)控制，并能有219圖形符號(hào)來仿真外界的傳感器和執(zhí)行部件，以使用戶獲得更加接近真實(shí)的編程環(huán)境。自80年代以來國外已建成了許多用于機(jī)器人工作站設(shè)計(jì)和離線編程的仿真系統(tǒng)，例如美國MCAUTO公司開發(fā)了機(jī)器人仿真系統(tǒng)PLACE，它主要用于機(jī)器人工作站的設(shè)計(jì)。通用電氣公司的研究開發(fā)部對Robot-SIM 進(jìn)行了改進(jìn)工作。Intergraph公司也研制了一個(gè)機(jī)器人仿真系統(tǒng)，它更加強(qiáng)調(diào)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)特性和控制系統(tǒng)對精度及整個(gè)性能的影響。Computervision公司開發(fā)了軟件包Obographix，它具有產(chǎn)生機(jī)器人工作

51、路徑、仿真機(jī)器人運(yùn)動(dòng)及碰撞檢測等多種功能。Autosimulations公司研制了兩個(gè)機(jī)器人仿真軟件包AutoMod和AutoGram ，AutoGram是利用GPSS仿真語言的建模軟件，AutoMod是圖形顯示軟件。Deneb公司開發(fā)了IGRIP軟件，它主要用于工作站設(shè)計(jì)和離線編程。SRI國際部研制了仿真軟件包RCODE，它具有幾乎實(shí)時(shí)的碰撞檢測功能，西德Kadsruke大學(xué)建立了機(jī)器人仿真系統(tǒng)ROSI和ROS2。法國LAMM開發(fā)了CARO系統(tǒng)，它主要強(qiáng)調(diào)三維數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)技術(shù)，快速性及能在小機(jī)器上運(yùn)行是其追求的目標(biāo)。以色列OSHAP公司推出了ROBCAD，它主要用于工作站設(shè)計(jì)和離線編程，并能將

52、程序下裝到系統(tǒng)內(nèi)。國內(nèi)從80年代后期起，許多單位也開始從事機(jī)器人仿真技術(shù)的研究工作。在國家高技術(shù)計(jì)劃自動(dòng)化領(lǐng)域智能機(jī)器人中，清華大學(xué)、 浙江大學(xué)、沈陽自動(dòng)化所及上海交大等單位承擔(dān)了機(jī)器人系統(tǒng)仿真的研制任務(wù)，取得了多項(xiàng)研究成果。哈工大、北航、國防科大等單位承擔(dān)了機(jī)器人機(jī)構(gòu)仿真的任務(wù)，最后也研制成功一個(gè)大型的機(jī)器人仿真軟件。4.3 DELMIA介紹DELMIA解決方案涵蓋汽車領(lǐng)域的發(fā)動(dòng)機(jī)、總裝和白車身（Body-in-White），航空領(lǐng)域的機(jī)身裝配、維修維護(hù)，以及一般制造業(yè)的制造工藝。使用戶利用數(shù)字實(shí)體模型完成產(chǎn)品生產(chǎn)制造工藝的全面設(shè)計(jì)和校驗(yàn)。DELMIA數(shù)字制造解決方案建立于一個(gè)開放式結(jié)構(gòu)的產(chǎn)

53、品、工藝與資源組合模型（PPR）上，此模型使得在整個(gè)研發(fā)過程中可以持續(xù)不斷地進(jìn)行產(chǎn)品的工藝生成和驗(yàn)證。通過3D協(xié)同工作，PPR能夠有效地支持設(shè)計(jì)變更，讓參與制造設(shè)計(jì)的多個(gè)人的每一個(gè)人能隨時(shí)隨地掌握目前的產(chǎn)品（生產(chǎn)什么）、工藝與資源（如何生產(chǎn)）?；赑PR集成中樞的所有產(chǎn)品緊密無縫地集成在一起，涵蓋了各種工藝的各個(gè)方面，使基于制造的專業(yè)知識(shí)能被提取出來，并讓最佳的產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗(yàn)得以重復(fù)利用。DELMIA在提供給用戶技術(shù)與協(xié)同工作環(huán)境兩方面，不斷創(chuàng)新進(jìn)步，以更好地?cái)?shù)字化定義產(chǎn)品的制造過程。隨著產(chǎn)品的持續(xù)改善，客戶通過使用DELMIA解決方案，能夠大大地提高生產(chǎn)力、效率，在安全性和品質(zhì)方面得到最大的效益，

54、并同時(shí)降低成本。CATIA, ENOVIA 和 DELMIA 解決方案促進(jìn)了企業(yè)技術(shù)的改革與創(chuàng)新，減少了產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)了產(chǎn)品的競爭力，維護(hù)了投資者的利益。CATIA提供產(chǎn)品的解決方案；DELMIA提供工藝與資源的解決方案；ENOVIA提供數(shù)據(jù)與工作流程的管理功能。三者的整合可以創(chuàng)建數(shù)字化產(chǎn)品生命周期管道，支持企業(yè)的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)重用。圖4.1 DELMIA界面4.4 DELMIA仿真步驟4.4.1 創(chuàng)建滾邊工作站DELMIA和CATIA一樣，均是達(dá)索公司的軟件，此前在CATIA上畫的三維圖能直接導(dǎo)入DELMIA，而不需要經(jīng)過中間數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。將機(jī)器人，滾邊夾具系統(tǒng)，滾邊胎膜，

55、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，門蓋數(shù)模，滾邊工具等通過Insert Resource指令作為Resource插入到PPR結(jié)構(gòu)樹中，通過羅盤調(diào)整它們的位置。為了方便安裝到生產(chǎn)單元中，每個(gè)組件必須有一個(gè)裝配或安裝坐標(biāo)，對于汽車各部件的坐標(biāo)原點(diǎn)位于車身零點(diǎn)，與車身相關(guān)的夾具、抓具或其他輸送設(shè)備的設(shè)計(jì)坐標(biāo)均與車身坐標(biāo)保持一致。在車間規(guī)劃時(shí)，首先定義車間的世界坐標(biāo)系，以世界坐標(biāo)為參考，建立各個(gè)工作站的坐標(biāo)。對于線體仿真，工作站可以參考整個(gè)車間布局來建立。以車身原點(diǎn)為工位原點(diǎn)，每個(gè)工作站按車間實(shí)際位置來進(jìn)行仿真布局。對于孤立的工作站，若一臺(tái)機(jī)器人同時(shí)有多個(gè)工作對象，以機(jī)器人原點(diǎn)為工位原點(diǎn)；若一個(gè)工作對象有多臺(tái)機(jī)器人對其工作

56、，則以工件原點(diǎn)為工位原點(diǎn)。在本項(xiàng)目中每個(gè)工作站均為單臺(tái)機(jī)器人對兩個(gè)工件進(jìn)行滾邊，故選擇機(jī)器人為工位原點(diǎn)，以此為基礎(chǔ)來布置工件、夾具及其他相關(guān)工位器具。機(jī)器人和回轉(zhuǎn)臺(tái)距離大致為2600mm。如圖4.2 圖4.2 滾邊工作站4.4.2 創(chuàng)建TCPTCP FrameBASE Frame 圖4.3 滾邊工具坐標(biāo)設(shè)定為了能更方便地控制滾邊工具及機(jī)器人的姿態(tài)，在DELMIA中設(shè)置TCP（工具中心點(diǎn)）。每個(gè)滾輪設(shè)置四個(gè)TCP，目的是保證仿真用設(shè)備與實(shí)際設(shè)備的信息一致及滾邊工藝過程中機(jī)器人的可達(dá)性及良好姿態(tài)。滾邊工具需要準(zhǔn)確設(shè)定安裝中心坐標(biāo)BASE Frame的位姿信息，之后通過Set Tool指令將BASE

57、 Frame和機(jī)器人法蘭坐標(biāo)重合。那樣滾邊工具就能精確地安裝在機(jī)器人上了。如圖4.34.4.3 設(shè)置TagKUKA機(jī)器人運(yùn)動(dòng)類型有三種：PTP（點(diǎn)到點(diǎn)）工具沿最近的路徑運(yùn)動(dòng)到軌跡末點(diǎn)；LIN（直線）工具在規(guī)定的速度下沿直線運(yùn)動(dòng)；CIRC（圓）工具在規(guī)定的速度下沿圓形軌跡運(yùn)動(dòng)。在機(jī)器人的工具移動(dòng)路徑上設(shè)置Tag，使TCP經(jīng)過每個(gè)Tag，這樣機(jī)器人就能隨TCP一起按照用戶需要的路徑移動(dòng)。在每個(gè)Tag之間的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)類型可以通過修改機(jī)器人的Motion來實(shí)現(xiàn)。Tag數(shù)量根據(jù)實(shí)際需要來制定，數(shù)量越多滾輪行走路徑越接近預(yù)期路徑，滾邊效果越好，但生產(chǎn)節(jié)拍會(huì)因此慢下來。Tag定好后，建立機(jī)器人的Task，然

58、后通過Add Tag指令將機(jī)器人動(dòng)作和Tag連接起來，這樣機(jī)器人和滾邊工具一起就能沿Tag連續(xù)運(yùn)動(dòng)了。圖4.4 滾邊路徑上的Tag4.4.4 夾具和轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)建模機(jī)器人在進(jìn)行滾邊工作時(shí)，滾邊工具會(huì)和夾具干涉相撞，因此有必要讓夾具打開而避免這種情況發(fā)生。在Device Building模塊中Device Building工具條有建立機(jī)械裝置功能。首先選擇Fixed Part，每套夾具把BRACKET和氣缸缸體作為Fixed Part，然后定義約束類型，本設(shè)計(jì)采用的TUNKERS氣缸已經(jīng)把導(dǎo)桿的直線運(yùn)動(dòng)輸出為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，故只要將ARM、CLAMP和氣缸輸出桿等零件作為整體繞氣缸旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。最后加一個(gè)角

59、度驅(qū)動(dòng)就能實(shí)現(xiàn)夾具的開閉。轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)建模則需在DPMAssembly Process Simulation模塊下。首先，在PPR樹的Process下通過Insert Activity指令插入一個(gè)動(dòng)作庫，然后使用Create a Move Activity指令將轉(zhuǎn)臺(tái)上半部分作為對象，通過羅盤旋轉(zhuǎn)180度，旋轉(zhuǎn)過程中使用記錄器記錄轉(zhuǎn)臺(tái)的狀態(tài)，最后通過Process Simulation指令就能看到轉(zhuǎn)臺(tái)上半部分的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)了。4.4.5 連續(xù)運(yùn)動(dòng)仿真之前建立的滾邊、夾具和轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)都是獨(dú)立的動(dòng)作，而設(shè)計(jì)輸出需要一套連續(xù)的仿真結(jié)果。進(jìn)入Workcell Sequencing模塊，使用Insert Acti

60、vity指令在PPR樹的Process下建立兩個(gè)動(dòng)作庫，因?yàn)閯偛迦氲膭?dòng)作是無順序的，需要對它們排一下先后順序，打開PERT圖表，在PERT圖表里將三個(gè)動(dòng)作排序，然后用Link the selected activities指令將各個(gè)動(dòng)作連接起來。如圖4.5圖4.5 PERT圖表 用Assign a product/resource將第一個(gè)和第三個(gè)動(dòng)作庫和機(jī)器人建立連接。最后，選擇Set an Active Task指令對第一個(gè)和第三個(gè)動(dòng)作指定一個(gè)Robot Task，通過Process Simulation指令就能輸出連續(xù)的仿真工藝了。如圖4.6,4.7,4.8.圖4.6 連續(xù)運(yùn)動(dòng)仿真a圖4.

61、7 連續(xù)運(yùn)動(dòng)仿真b圖4.8 連續(xù)運(yùn)動(dòng)仿真c結(jié)論汽車工業(yè)是基礎(chǔ)工業(yè)部門，是國家經(jīng)濟(jì)自立和綜合國力的核心標(biāo)志，提高汽車工業(yè)的自主創(chuàng)新能力對加快工業(yè)化、提高國家工業(yè)的國際競爭力具有戰(zhàn)略意義。多變的市場需求決定了小批量多品種的生產(chǎn)模式，而汽車生產(chǎn)線的原來的設(shè)備成了降低產(chǎn)品開發(fā)成本、縮短開發(fā)周期的瓶頸，本文針對門蓋線的包邊提出了機(jī)器人柔性滾邊技術(shù)，達(dá)到了柔性生產(chǎn)的目的。本文最終完成的成果有：（1）介紹機(jī)器人柔性滾邊工藝在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，闡述機(jī)器人柔性滾邊系統(tǒng)在白車身門蓋柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線中的研究意義。（2）針對門蓋的總成結(jié)構(gòu)，概述包邊類型，把傳統(tǒng)包邊工藝和機(jī)器人滾邊工藝進(jìn)行比較。（3）使用CATI

62、A畫出機(jī)器人滾邊系統(tǒng)三維模型，并詳細(xì)介紹系統(tǒng)的各個(gè)組成部分。（4）利用仿真軟件DELMIA對機(jī)器人柔性滾邊系統(tǒng)進(jìn)行仿真驗(yàn)證。謝辭本文是在尊敬的林巨廣教授的悉心指導(dǎo)下完成的。感謝林老師提供給我這么好的學(xué)習(xí)環(huán)境，我為能在巨一這個(gè)大家庭而感到榮幸。相信總有一天民族裝備能超過國外裝備應(yīng)用在世界一流汽車生產(chǎn)線上。感謝師兄任玉峰，夾具科科長邱峰、程浩、蒙峰、趙琳、劉杜宇、鄭亮、賀向軍，仿真室張婧慧、張明東，電氣室付洋洋，你們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)深深地影響著我，謝謝你們對我的幫助。感謝牛趙龍，謝謝你認(rèn)真解答我提出的每個(gè)問題。感謝班主任張老師，謝謝您在大學(xué)四年不辭辛苦為我們奔波勞累，我們將永遠(yuǎn)不忘您的恩情，謝謝您在

63、我們學(xué)習(xí)生活中的指導(dǎo)和關(guān)心。畢業(yè)論文是對大學(xué)四年知識(shí)的鞏固和延伸，畢業(yè)論文的完成也證明了我們是一位合格的合肥工業(yè)大學(xué)的學(xué)生，我們將不忘合肥工業(yè)大學(xué)“厚德、篤學(xué)、崇實(shí)、尚新”的校訓(xùn)，在今后的生活中把合肥工業(yè)大學(xué)的優(yōu)良傳統(tǒng)發(fā)揚(yáng)光大。由于時(shí)間的倉促及自身專業(yè)水平的不足，論文有不足的地方，希望各位老師同學(xué)批評指正。參考文獻(xiàn)1濮良貴,紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)M.西安：高等教育出版社，2006.387-406.2王健強(qiáng)，張婧慧.機(jī)器人滾邊技術(shù)及應(yīng)用研究J.現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2009,6.3張如飛等.車門板包邊機(jī)器人六關(guān)節(jié)角運(yùn)動(dòng)分析J.機(jī)械設(shè)計(jì)與研究,2005,8:88-90.4蔡自興.機(jī)器人學(xué)M.北京：清華大學(xué)出版社，2000.5Ma SAnalysis of creeping locomotion of a snake-like robotJAdvanced Robotics，2001，15(2)：205-2246何寶杰.車門包邊中的質(zhì)量缺陷原因和對策J.機(jī)械工人（熱加工），2000，11：60-627張如飛.車身門蓋件機(jī)器人包邊運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與仿真D.上海交通大學(xué)碩士學(xué)位