奇瑞商用车（安徽）有限公司工艺规划部 安徽芜湖 241000
摘要：随着汽车生产模式朝着个性化、定制化发展，“柔性、高效、精益”的理念成为生产线规划的必然选择，而机器人滚边作为车身内外板包边连接的关键工艺，研究其方案规划和柔性、精益的布局具有重要意义。滚边工艺的柔性是通过机器人等设备共用，胎模、抓手等工装的切换，同时综合考虑除滚边外的涂胶、焊接等工艺柔性，从而达成多车型快速切换、精确定位的生产模式。本文基于具体的案例应用，总结了柔性化滚边岛布局设计过程中的考虑因素和优缺点。
关键词：柔性；滚边岛；布局；切换
1 机器人滚边系统构成
机器人滚边系统的组成主要有：工业机器人、滚边胎模系统、滚边工具、PLC控制系统及滚边辅助系统等五部分。
滚边机器人按照预定的程序和轨迹控制滚边工具，在规定的滚边压力和时间下完成滚边工艺操作。
滚边胎模系统由下胎模和上压模组成。下胎模在机器人滚边工艺过程中用于稳定外板形态的型面支撑的工装，主要构成为胎模型面、胎模架、辅助支撑块、加强筋。
滚边工具一般由1个或1个以上的滚轮及滚边压力装置集成，常用的滚轮有90°轮、45°轮、30°轮、成型轮以及专用轮。
PLC控制系统主要将传感器收集到的各种信号，通过PLC程序控制机器人的运动轨迹、胎模系统的夹紧动作等。
辅助系统包括上件台、抓手、光栅、安全围栏等附件，主要辅助完成滚边作业任务，并保证人员操作安全。
2柔性化滚边岛的布局设计
机器人滚边系统中，机器人、滚边工具、控制模块及部分辅助系统是共用的，不同零件的切换，胎模系统、上下件台、抓手及滚边程序各不相同，滚边程序的切换易于实现，因此只要滚边胎模、上下件台及抓手可切换即可实现柔性化的生产模式。
柔性切换方式的主要评价维度是多车型、精确性、切换便利性。为达到柔性化要求，滚边下胎模一般通过底座柔性的方式切换，上下件台则通过线下工作位方式切换，滚边上压模和抓手通过机器人切换盘切换，切换盘属于标准设备，可直接安装使用，满足精确便利切换的要求。胎模切换系统，通过平移或转动胎模的位置，实现工作位和存储位的安全隔离，满足不同车型生产需求。
滚边胎模切换的方式有转台和滑台两种。转台常用三面体或四面体结构；滑台切换是采用伺服电机带动胎模夹具在轨道上滑移切换车型。
滚边柔性化，除了车型或零件种类柔性化，即完成多种车型零件的滚边，另一方面还需要工艺柔性化，即根据工艺需要，滚边岛可以完成除滚边外的其他工艺，如涂胶、点焊等。以上正是滚边岛设计过程中重点考虑的要素。
3基于上述平台的应用实例
基于传统的滑台设计，我司探索了一种前后盖柔性滚边岛的布局设计，并运用在某生产线上。
已知某滚边工作岛设计输入条件及要求：1）年产能15万台；2）具备3款SUV车型前盖、后盖柔性共线滚边能力；3）布局精益；4）机器人利用率高，投资成本低。
3.1布置方式
基于我司产能计算方式：年最大产能=设计JPH×日最大有效工作时间（20.83小时，两班）×设备可动率（90%）×295天（每周单休+国家法定节假日），经计算设计JPH为27.1，故设计节拍满足120s即可。根据转台及滑台切换的特点评估，并经仿真确认，转台切换无法满足目标节拍要求，故选用滑台切换方式。结合同时满足三车型前盖、后盖柔性共线滚边及精益布局的要求，初步形成该滚边岛布置。
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图1 滚边岛布置示意图
该设计创新点为结合三车型的切换，采用了“回”字形滑台。如图1所示，前盖胎模M1/3/5及后盖胎模M2/4/6分别横向排布，其中M1与M2为前盖、后盖工作位，机器人R2与R3置于工作位之间进行滚边作业，R1与R4分别实施前、后盖的抓件及滚边。将M3与M6之间、M4与M5之间联通后分别设置存储位，达到占地面积小、精益布局的目的。
3.2胎模切换系统
模切换系统为实现柔性化快速切换的主要机构。回型滑台上安装有万向轮、夹紧导向、固定凸轮等装置，使胎模可通过回型滑台四周安装的驱动电机、插销带动，夹紧导向由气缸、凸轮组及连接机构组成，可通过气缸控制切换滑台在X或Y方向滑行。
3.3上件置台定位机构
根据不同车型上件置台切换所需，设计置台定位机构，其中定位机构框架通过标准地脚板固定在地面上，定位销、两组定位基准块、两组夹紧单元共同确保置台水平两个方向定位精度，保证置台到预定位置后定位稳定；六组滚子机构使置台快速切换，保证置台Z向精度，起到置台承力及切换对中过程中的导向作用。
应用此定位机构的优点：柔性化强，布置空间小，可满足多种车型零件上件的切换生产；切换步骤简单，切换效率较高；可扩展性强，如增加车型，只需在机构上增加相应车型识别传感器，投资成本低，实用性强。
3.4工艺柔性
基于产品设计和工艺要求，前盖、后盖滚边前需涂胶，前盖滚边定义单边点焊。为满足工艺柔性，新增2套涂胶设备及2台搬运机器人实施涂胶作业，前盖单边点焊则通过取件台集成单边点焊夹具及PLC程序实现自动焊接，人工仅需装件、取件；另外综合考虑物流转运便捷、人员走动少等因素对布局进行优化，形成最终平面布局，如图2。
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图2 整体作业平面布局图
此滚边岛系统设计已成熟应用于我司某生产线，总结其优点：
1）柔性化好、占地小，可满足3种车型前盖和3种车型后盖切换生产；
2）生产效率高，在120s以内可完成一个前盖和一个后盖两个件的生产；
3）机器人利用率高，仅用4台滚边机器人和2台涂胶机器人，完成高节拍多车型的涂胶、滚边、抓取件工作，人工仅需上件、取件，极大地降低了人工作业强度；
4）新车型投入时改造量小，便于导入车型；
5）投资成本低，适用性强，便于普及应用。
4结束语
机器人滚边是汽车制造中多项技术融合的一项生产工艺，它有着柔性化高、成形质量稳定和设备投资成本低等优点，尤其是随着车身造型的多元化发展，允许大翻边角度成型的滚边工艺将是车身外观件包边的发展方向和趋势。要想熟练掌握这项技术，工程技术人员必须融合多方面的基础技术，并在实际运用中不断验证总结经验，从而推动整体工艺水平的发展。
作者简介：
刘冬（1984年生人），男，就职于奇瑞商用车（安徽）有限公司。