畢業(yè)設(shè)計（論文）汽車車門自動包邊機系統(tǒng)設(shè)計

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1、 目錄 摘要 1 Abstract 2 1 緒論 3 1.1 機器人滾邊技術(shù)研究的背景及意義 3 1.2 機器人滾邊技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 5 2 機器人滾邊工藝研究 8 2.1 門蓋產(chǎn)品總成結(jié)構(gòu) 8 2.2 包邊類型 11 2.3 包邊工藝過程 12 2.4 傳統(tǒng)包邊工藝 14 2.4.1 手工包邊工藝及設(shè)備 14 2.4.2 壓力機模具壓合包邊工藝及設(shè)備 14 2.4.3 門蓋專用包邊機 15 2.5 機器人滾邊工藝 16 3 機器人滾邊系統(tǒng) 17 3.1 滾邊工具系統(tǒng) 17 3.2 滾邊夾具系統(tǒng) 21 3.3 滾邊胎膜設(shè)計 23 3.4 滾邊回

2、轉(zhuǎn)臺 25 3.4.1 電機選型計算 25 3.4.2 軸承使用壽命計算 27 3.5 滾邊機器人及其控制系統(tǒng) 28 4 基于DELMIA的機器人柔性滾邊系統(tǒng)仿真驗證 30 4.1 機器人仿真技術(shù)概述 30 4.2 國內(nèi)外機器人仿真研究 31 4.3 DELMIA介紹 32 4.4 DELMIA仿真步驟 33 4.4.1 創(chuàng)建滾邊工作站 33 4.4.2 創(chuàng)建TCP 34 4.4.3 設(shè)置Tag 35 4.4.4 夾具和轉(zhuǎn)臺運動建模 36 4.4.5 連續(xù)運動仿真 36 結(jié)論 38 謝辭 39 [參考文獻] 39

3、 汽車車門自動包邊機系統(tǒng)設(shè)計 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，同時增加整體強度和剛性。包邊機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都可以順利地沿著工件的輪廓進行運動來進行滾壓包邊運動，相比其現(xiàn)有的包邊設(shè)備，包邊機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，研究機器人柔性滾邊工藝。利用CATIA設(shè)計出機器人柔性滾邊系統(tǒng)，并介紹滾邊系統(tǒng)的各個組成部分，通過DELMIA仿真軟件對機器人滾邊工藝方案

4、進行設(shè)計和驗證。 關(guān)鍵詞：包邊 機器人 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 convex hull, and increase the strength and rigidity of parts. Hemming robot can chan

5、ge 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 the traditional hemming process and gave a research of the robotic flexible he

6、mming 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 simulation software. Keywords: Hemming Robot Simulation

7、 1 緒論 汽車工業(yè)可促進一個國家的工業(yè)化進程，促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級。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)濟的重要組成部分。汽車工業(yè)水平是一個國家現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。中國汽車工業(yè)是中國經(jīng)濟的重要產(chǎn)業(yè)，體現(xiàn)了中國工業(yè)化水平、經(jīng)濟實力和科技創(chuàng)新能力。 縱觀汽車工業(yè)發(fā)展百余年，人們對汽車的要求已從實用性、可靠性提高到對舒適性、美觀性、安全性、實用經(jīng)濟性等方面的要求，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)動機蓋和行李箱蓋(后背門)，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

8、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，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)品競爭力的關(guān)鍵之一。包邊機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

9、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行運動來進行滾壓包邊，相比現(xiàn)有的包邊設(shè)備，包邊機器人具有很高的柔性化程度。 1.1 機器人滾邊技術(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)會發(fā)布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2010年中國汽車產(chǎn)銷分別為1826．47萬輛和1806．19萬輛，同比分別增長32．44％和32．37％。其中乘用車產(chǎn)銷分別為1389．71萬輛和1375．78萬輛，同比分別增長33．83％和33．17％；商用車產(chǎn)銷分別為436．76萬輛和430．41萬輛，同比分別增長28．19％和29．90％。而美國2010年全年汽車銷量為1150萬輛，比中國汽車銷量少

10、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)濟獨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)競爭中的地位就只能處于“低層”，甚至是依

11、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，就要實施品牌優(yōu)先戰(zhàn)略，扶持自主品牌發(fā)展。 隨著汽車進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，不斷推出新車型來迎合廣大消費者對汽車外觀、價格等方面的個性化需求。美國近幾年做的一個關(guān)于消費者偏好的調(diào)查顯示“在以往的二十年里，絕大多數(shù)的消費者偏好的是汽車的款式而不是性能。”每年日本生產(chǎn)的汽車中24.3%的汽車有一個較大款式的變化。快速多變而龐大的市場需求決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)模式的改變，車身生產(chǎn)線上原來的一些設(shè)

12、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模壓包邊和車門折邊機包邊，機器人包邊是新型的包邊技術(shù)。 (1) 壓力機模壓包邊是將模壓包邊設(shè)備裝在大型壓機上，一次成形，生產(chǎn)效率高，可達(dá)到60~90JPM，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)整和零件輸送自動化。成本高、投資大，單個包邊線約260萬~300萬元人民幣。 (2) 車門折邊機是采用油缸驅(qū)動杠桿翻轉(zhuǎn)的預(yù)

13、包邊和包邊技術(shù)，設(shè)備的體積小，布置靈活，可實現(xiàn)零件輸送自動化，效率較高，可達(dá)50~60JPM，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，每臺折邊機都是專用的，只能生產(chǎn)一種產(chǎn)品，無法實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)。成本很低，自行設(shè)計的單個包邊線約70萬人民幣。 (3) 新型的機器人包邊技術(shù)，不僅設(shè)備的一次性投入小成本低，單個包邊線約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。 機器人應(yīng)用水平是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志。機器人的使用將變得普遍，品種可變龐

14、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，我國機器人的市場需求不斷增加，機器人的銷售量持續(xù)增長。專家預(yù)測，中國機器人到2010年擁有量將達(dá)到17300臺，到2015年，市場容量將達(dá)十幾萬臺（套）。汽車制造、工程機械及電機、電子等行業(yè)的企業(yè)是中國今后對機器人需求最大的部門，其中所需機器人的品種以弧焊、點焊、噴漆、裝配、搬運、沖壓、滾邊等為主。 我國汽車自動化裝備的國產(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)使用費的同時，也付出了巨額外匯購買外國裝備和技

15、術(shù)。而工業(yè)機器人焊裝技術(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。昂貴的進口設(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)的進步。激烈的國際競爭及我國落后的工業(yè)機器人制造及應(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 國外基于門蓋線機器人柔性自動化島的發(fā)展趨勢主要是利用系統(tǒng)仿真技術(shù)、虛擬制造技術(shù)、計算機和信息技術(shù)等多種高新技術(shù)進行大型自動化生產(chǎn)線的設(shè)計開發(fā)、控制協(xié)調(diào)和管理，自動化生產(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

16、大力研究發(fā)展的新技術(shù)。他們的白車身門蓋生產(chǎn)已經(jīng)普遍采用機器人大型自動化生產(chǎn)線。此外一批具有影響力的、著名的工業(yè)機器人公司、自動化公司，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)，它們的機器人本體制造技術(shù)穩(wěn)定、先進，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。各機器人系統(tǒng)集成解決方案提供商，在工業(yè)機器人系統(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)的機器人都已在萬臺套以上，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。

17、 國內(nèi)在汽車門蓋線生產(chǎn)方面，汽車門蓋生產(chǎn)主要是以壓力機模壓包邊和車門折邊機兩種方式為主。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，但缺點是難以實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)、設(shè)備維護成本高、作業(yè)面積較大。而車門折邊機，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，而且每臺折邊機都是專用的，只能生產(chǎn)一種工件，無法實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)。隨著改革開放的進行，20世紀(jì)80年代中期，我國的部分汽車生產(chǎn)廠家有機會了解到國外先進的門蓋線機器人柔性自動化生產(chǎn)技術(shù)，由于當(dāng)前國內(nèi)的自動化裝備綜合技術(shù)實力還不足，不具備設(shè)計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)幾家國外自動化

18、公司手中，面對汽車行業(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)的裝備進行試驗，只好成套引進，使得國內(nèi)汽車廠家近年來與國外水平的差距越來越大。 采用機器人帶動滾壓機構(gòu)進行包邊是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，大大降低了模具費用，由于可以采用同一機器人完成上下料、涂膠、包邊等一系列工藝動作，因此減少了裝卸時間。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

19、利，如日本豐田汽車公司發(fā)明的機器人包邊設(shè)備，使用了一種空氣軸承的單個滾子滾壓機構(gòu)，將預(yù)包邊滾子和包邊滾子固定在串聯(lián)機器人的機械手上，通過機械手沿工件邊緣的平動，實現(xiàn)工件的滾壓包邊。 一套機器人滾邊系統(tǒng)的投資比一套進口液壓機包邊系統(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，需要更換包邊模具。由于機器人滾邊下模具簡單，沒有上模，換模相對容易，容易實現(xiàn)自動化，柔性好。機器人滾邊速度適中，比液壓包邊機包邊慢，一般一個機器人滾邊的純滾邊時間大約在40～50s左右，基本可以滿足一般

20、中等規(guī)模生產(chǎn)需要。如果生產(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1～3個滾邊機器人，這樣純滾邊時間可以大大的縮短，提高生產(chǎn)節(jié)拍。隨著人們對機器人滾邊系統(tǒng)的了解和我國汽車工業(yè)的發(fā)展，機器人滾邊系統(tǒng)將會越來越受到國內(nèi)汽車制造商的青睞。 2 機器人滾邊工藝研究 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板或門

21、鉸鏈加強板而形成合件。不同車型構(gòu)成內(nèi)外板的零件會有所差異。但有一點是相同的，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)動機蓋外板總成 圖2.2 發(fā)動機蓋內(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

22、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)動機罩上端的包邊。 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，同時增加整體強度和剛性。一般包邊的過程分為三個步驟：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10m

23、m～12mm、與外板本體成90的翻折邊, 這條邊就是待包邊。包邊時, 待包邊向內(nèi)翻折90包實內(nèi)板邊緣。理論分析和試驗表明, 很難做到將待包邊從90一步翻折至0并包實內(nèi)板邊緣。因此, 我們一般將包邊工藝分成兩步，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,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服帖。同時, 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

24、。 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有不同，但盡量都設(shè)計在9O左右，這樣有利于進行包邊。 (2)預(yù)包狀態(tài)。因壓人角和回轉(zhuǎn)點的限制，包邊分預(yù)包和終包兩個階段。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)計為30。 (3)終包狀態(tài)。將翻邊完全壓貼，同時將被包件的外形面的最終狀態(tài)與包邊機模腔型面壓至一致。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

25、位裝置實現(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、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)點是設(shè)備最簡單，投入最低，占地面積最小。缺點是效率低，包邊質(zhì)量差，工人勞動強度大，車間噪聲大，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 壓力機模具壓合包邊工藝及設(shè)備 這種工藝方法是在大臺面通用壓力機上采用上、下模具壓合的方式進行包邊，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

26、采用公稱壓力為1500—2000kN的液壓機，旅行車及載重貨車車門包邊一般采用公稱壓力為2500—3150kN的液壓機。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。若在壓力機上配備單向或雙向移動工作臺，或者配置換模臺車進行模具更換，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現(xiàn)設(shè)備的改造計劃，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)計與制造較復(fù)雜。 門蓋包邊要

27、視年產(chǎn)綱領(lǐng)大小，選用一臺或多臺壓力機，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)時其優(yōu)點更為突出，可以利用更換模具改變不同產(chǎn)品門蓋的包邊。缺點是在多品種輪番生產(chǎn)時，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。 壓力機模具壓合包邊工藝及設(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)。缺點是壓力機本身尺寸大，國產(chǎn)壓力機地面高度尺寸一般在5m以上，要求廠房不能太低，且維

28、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)，采用壓力機模具壓合包邊工藝。選用3臺國產(chǎn)四柱式液壓機，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臺國產(chǎn)框架式液壓機，配套國產(chǎn)模具，投資許可時可配套進口模具，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臺國產(chǎn)框架式液壓機，加上進口模具，

29、或成套進口包邊壓力機和包邊模具，輪番組織生產(chǎn)各種門蓋總成。 2.4.3 門蓋專用包邊機 門蓋專用包邊機是將設(shè)備和包邊模塊設(shè)計為一體。目前，國產(chǎn)專用包邊機主要由主機、液壓泵站和可編程控制器三大部分組成。主機由機架、氣動夾緊裝置、氣動升降機構(gòu)、45包邊模塊和90包邊模塊組成。同時主機上可設(shè)計帶自動進料、自動出料等傳送機構(gòu)。當(dāng)工件被放置在傳送機構(gòu)上傳送到位后，氣動升降機構(gòu)將工件降落到主機模腔內(nèi)，由氣動夾緊器將工件定位夾緊，先由45液壓模塊動作，完成45預(yù)包邊，而后再由90液壓模塊動作完成90包邊。專用包邊機只能一個門或一個蓋一臺專機，不能互換。專用包邊機生產(chǎn)率高，單臺設(shè)備占地面積小，生產(chǎn)中可與車

30、間其他生產(chǎn)線節(jié)拍相吻合，實現(xiàn)同步化生產(chǎn)。因此，專用包邊機適用于單一品種大批量流水生產(chǎn)線。 國產(chǎn)專用包邊機還有一個最大的優(yōu)勢是價格便宜，一臺專用包邊機目前價格在30萬元左右，約是壓力機加上復(fù)合模具價格的1／4。因此，國產(chǎn)門蓋專用包邊機在20世紀(jì)90年代初由江蘇華寧電子集團(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邊生產(chǎn)。目前，南京鑫浦機電設(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。隨著技術(shù)的進步，國產(chǎn)專用包邊機必將替代進口專用包邊機，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

31、機分國產(chǎn)專用包邊機和進口專用包邊機。國產(chǎn)專用包邊機生產(chǎn)率高、價格便宜，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，進口專用包邊機無論從設(shè)備結(jié)構(gòu)、包邊質(zhì)量上都優(yōu)于國產(chǎn)專用包邊機。但進口專用包邊機價格高，一般為20~ 25萬美元，約是目前國產(chǎn)專用包邊機價格的5～7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，選用6臺國產(chǎn)專用包邊機，組織6條流水生產(chǎn)線，較為經(jīng)濟合理。 (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，可選用6臺進口專用包邊機，組織6條流水生產(chǎn)線，與車間其他焊接生產(chǎn)線進

32、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，門蓋包邊采用6臺進口專用包邊機，與機器人等成套工裝設(shè)備組成6條自動化生產(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。工位之間搬運由機器人來完成。 2.5 機器人滾邊工藝 包邊機器人的工作原理：是讓位于機械臂的終端的滾筒能夠沿著被包邊工件的輪廓進行運動，通過滾筒所施加的力將工件在沖壓過程中預(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

33、一體。 機器人滾邊系統(tǒng)主要由滾邊工具系統(tǒng)、胎模夾具系統(tǒng)和機器人控制系統(tǒng)三部分組成，具有較高的柔性。同一機器人可以通過調(diào)用不同的程序?qū)Χ鄠€產(chǎn)品進行包邊，大大降低生產(chǎn)成本，單臺設(shè)備占地面積小，噪聲小且設(shè)備維修簡單，維護成本低。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、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器人相連。由于滾邊技術(shù)本身的特點，滾邊過程一般分為2~4次順序完成，因此滾輪通常設(shè)計有翻邊輪、壓實輪、水滴型輪、細(xì)

34、輪。本設(shè)計將這些滾輪分解到2個滾輪架中，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)動式自動工具交換裝置?；緟?shù)為承重200kg，最大力矩1500kgcm，最大轉(zhuǎn)矩1500kgcm?；旧戏譃閮刹糠郑蓹C械手接頭和工具接頭組成。運用接頭板能夠安裝所有機械手和工具。還備有向工具側(cè)傳輸信號的電子信號針。機械手接頭是的換槍盤基本組成部分。在機械手接頭主體安裝著傳輸安裝狀態(tài)信號的感應(yīng)器。從此感應(yīng)器輸出夾頭側(cè)信號、非夾頭側(cè)信號及連接確認(rèn)信號。工具接頭是構(gòu)成換槍盤的另一個基本部分，用于安裝工具。在工具接頭上設(shè)有鎖定螺栓，與

35、固定機械手接頭用凸輪嚙合。將機械手接頭和工具接頭相互連接起來的凸輪結(jié)構(gòu)是一個特殊結(jié)構(gòu)，能自動補充連接時的偏移和長期形成的磨耗。這些凸輪靠汽缸工作，即使一時超過最大荷重，凸輪也不會脫落。這樣超負(fù)荷時，機械手接頭和工具接頭的接觸面略微分離，但兩個接頭絕對不會脫落。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，即使在氣壓急劇下降等情況下，工具接頭也不會落下。 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，同時彈簧對滾邊工具的緩沖，可以起到對滾邊工具的保護作用。如圖3.2。端部

36、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動，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度和抗拉強度，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，終包邊采用壓實輪，對于發(fā)艙蓋的后端，則用水滴型輪進行包邊，細(xì)輪則用在滾邊外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

37、夾具系統(tǒng)是采用機器人滾邊技術(shù)進行柔性化生產(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)部分定位塊打開時外板件不會發(fā)生移動。如圖3.4、3.5。 內(nèi)板件采用孔定位，如果內(nèi)板上設(shè)計有滾邊專用定位孔，則必須使用此孔定位。因為在滾邊過程中，定位孔的受力是不均衡的，每個方向可能受力，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)計夾具之前需要確定門蓋內(nèi)外板件的MC

38、P及MCS。主要產(chǎn)品精度控制點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。MCP是指在車身產(chǎn)品圖紙設(shè)計階段，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選定的主要產(chǎn)品精度控制點。MCP理論是基準(zhǔn)統(tǒng)一理論的沿用，要求產(chǎn)品、工藝、工裝等各個工藝順序的基準(zhǔn)重合，實現(xiàn)設(shè)計尺寸和工藝尺寸的高度統(tǒng)一，從而指導(dǎo)產(chǎn)品的設(shè)計和工藝工裝的設(shè)計。車身產(chǎn)品MCP點的確定應(yīng)是在車身各級沖壓單件、分總成件

39、和單個產(chǎn)品數(shù)模設(shè)計確定后，沿著整車→白車身→車身本體及活動件→底板、側(cè)圍、頂蓋大總成→各級分總成→沖壓單件的順序自上而下進行設(shè)計， 以產(chǎn)品的MCP點的設(shè)計為主線，以確定各構(gòu)件的產(chǎn)品設(shè)計和工藝定位基準(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MCP點按從下級到上級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動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，以滿足整車的外觀和內(nèi)在的使用要求。MCP信息確認(rèn)后，通過對MCS(Master Control Section)的分析，確定各

40、關(guān)鍵定位夾緊點的位置，進行夾具設(shè)計。由于滾邊過程為薄板件的受力彎曲變形過程，故夾緊點應(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 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)計之前，首先應(yīng)對產(chǎn)品數(shù)模進行綜合分析，確保數(shù)模的正確性，沒有自我干涉、掉面、剪裁不齊等缺陷，進而確定胎模設(shè)計的基準(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

41、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)下的剛度和強度不足，需要在內(nèi)部設(shè)計支撐架及加強筋，以保證胎模側(cè)壁的強度。一般胎模體積較大，重量較重，則在保證胎模滾邊剛度和強度的前提下，在支撐架和加強筋結(jié)構(gòu)中挖出空洞，既節(jié)省材料，同時也減輕了胎模重量。方便設(shè)備的加工制造、安裝調(diào)試及維護。 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，對板件進行固定。為防止吸盤吸力過大，導(dǎo)致板件變形，在胎模空腔設(shè)計有尼龍塊，對板件進行支撐，同時尼龍塊的選用也避免了對板件的損害。如圖3.6，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

42、度。根據(jù)胎模的三維設(shè)計，對胎模進行保模設(shè)計，制作消失模，通過對消失模關(guān)鍵點的攝像采集，檢測其加工精度。然后對胎模進行整體鑄造成型，對成型后的胎模進行機加工，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 為了大大地縮短純滾邊時間，提高生產(chǎn)節(jié)拍，本設(shè)計采用回轉(zhuǎn)臺的形式。當(dāng)滾邊機器人在工作的時候，轉(zhuǎn)臺另一邊工人或機器人可以安放、取出門蓋內(nèi)外板件，這樣可以減少因為板件安放和拿取的時間而造成生產(chǎn)節(jié)拍的延遲。另外，滾邊機器人離滾邊夾具和胎膜系統(tǒng)的距離比較近，如果沒有回轉(zhuǎn)臺的話，滾邊機器人完成滾

43、邊后工人的操作空間會非常小，并且工人的安全沒有保證。 滾邊轉(zhuǎn)臺主要由六大部分組成：旋轉(zhuǎn)工作臺—滾邊夾具和胎膜等的支撐體，通過傳動單元的傳動，使其旋轉(zhuǎn)180度后到達(dá)工作位置；動力單元—依靠電機帶動回轉(zhuǎn)支承運動,實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動的傳動裝置；定位單元—因為齒輪之間有間隙，所以依靠電機帶動不能實現(xiàn)精確的定位，故依靠定位鎖死機構(gòu)能使工作臺在沒有到位的情況下，依靠氣缸的作用使工作臺到達(dá)特定的位置，能提高轉(zhuǎn)臺的定位精度，保證滾邊質(zhì)量；底座—工作臺的支撐體，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 3.4.1 電機選型計算 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，做如

44、下簡圖進行計算： 圖3.9 轉(zhuǎn)臺簡圖 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進行設(shè)計。設(shè)計轉(zhuǎn)臺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)動轉(zhuǎn)臺需在軸承處施加力為 ， 轉(zhuǎn)矩， 電機的轉(zhuǎn)矩， 電機的功率。 根據(jù)SEW電機樣本選擇減速器的型號為SF77,na=56r/min，輸出扭矩Ma為455Nm的減速器，根

45、據(jù)SEW樣本推薦選擇功率約為3KW的型號為MSK070E-XXXX-NN-X1-UPX-NNNN的Rexroth伺服電機。 3.4.2 軸承使用壽命計算 表3.2 軸承參數(shù) 根據(jù)已知條件對軸承進行計算 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)大于按照動態(tài)工況計算的結(jié)果 3.5 滾邊機器人及其控制系統(tǒng) 本系統(tǒng)主要用于控制滾輪的運動軌跡，以及機器人與其他相關(guān)系統(tǒng)之間的通信。滾邊過程由機器人抓持滾邊工具執(zhí)行滾邊程序，依次完

46、成整個車門的滾邊。滾輪運動軌跡的控制通過編程來實現(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)用于控制機器人的動作，與滾邊夾具、滾邊工具放置架、安全光柵、安全門等系統(tǒng)之間進行通信，控制協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)中每個單元之間的動作及順序，并對整個系統(tǒng)進行故障報警監(jiān)視。圖3.11為本設(shè)計所用機器人KUKA KR210-2. 圖3.11機器人 程序是這個系統(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)置一個坐標(biāo)點，每個坐標(biāo)點之間的軌跡通過設(shè)置一條樣條線來擬合，只要坐標(biāo)點的位置及樣條線設(shè)置的合理，軌跡完全可以滿足成型設(shè)計要求。采用這種方式編

47、制滾邊程序可以大大減少編程的時間及成本。程序是在整個系統(tǒng)的設(shè)計過程中預(yù)先離線編制而成，并在軟件中進行全程模擬好的。在現(xiàn)場調(diào)試階段再根據(jù)具體沖壓件的尺寸及狀態(tài)，進行最終的修改完善，因此在現(xiàn)場需要大量的程序調(diào)試及優(yōu)化工作，要求機器人調(diào)試工程師具備豐富的現(xiàn)場調(diào)試經(jīng)驗，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)在整個車門滾邊中是一個難點，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

48、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的機器人柔性滾邊系統(tǒng)仿真驗證 4.1 機器人仿真技術(shù)概述 機器人系統(tǒng)仿真是指通過計算機對實際的機器人系統(tǒng)進行模擬的技術(shù)。機器人系統(tǒng)仿真可以通過計算機對單機或多臺機器人組成的工作站或生產(chǎn)線進行模擬。仿真可以通過交互式計算機圖形技術(shù)和機器人學(xué)理論等，在計算機中生成機器人的幾何圖形，并對其進行三維顯示，用來確定機器人的本體及工作環(huán)境的動態(tài)變化過程。通過系統(tǒng)仿真，可以在制造單機與生產(chǎn)線之前模擬出實物，縮短生產(chǎn)工期，可以避免不必要的返工。在使用的軟件中，工作站級的仿真軟件功能較

49、全，實時性高且真實性強，可以產(chǎn)生近似真實的仿真畫面；而微機級仿真軟件實時性和真實性不高，但具有通用性強、使用方便等優(yōu)點。目前機器人系統(tǒng)仿真所存在的主要問題是仿真造型與實際產(chǎn)品之間存在誤差，需要進一步的研究解決。 機器人仿真主要應(yīng)用在兩個方面：一是機器人本身的設(shè)計和研究，這里機器人本身包括機器人的機械結(jié)構(gòu)以及機器人的控制系統(tǒng)， 它們主要包括機器人的運動學(xué)和動力學(xué)分析，各種規(guī)劃和控制方法的研究等。機器人仿真系統(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器人設(shè)計和研究的部門和高等學(xué)校。機器人仿真的第二個方面的主要應(yīng)用是那些以機器人為主體的自動化生產(chǎn)線，它包括機器人工作站的設(shè)計、機器

50、人的選型、離線編程和碰撞檢測等。機器人可為此提供既經(jīng)濟又安全的設(shè)計和試驗的手段，它的用戶主要是那些使用機器人的產(chǎn)業(yè)部門。機器人是一種通用機械，通過重新編程，它可以完成不同的工作任務(wù)。當(dāng)機器人改變工作任務(wù)時，通常需中斷機器人的當(dāng)前工作，先對機器人進行示教編程，然后機器人按照新的程序執(zhí)行新的工作。若借助于機器人仿真系統(tǒng)，就可首先在仿真系統(tǒng)上進行離線編程，然后將編好的程序裝到機器人中，機器人便可按照新的程序執(zhí)行新的工作。因此機器人可不必中斷當(dāng)前的工作，從而提高了生產(chǎn)效率，而且這種方法既經(jīng)濟又安全。利用機器人仿真系統(tǒng)進行離線編程在國外已十分普遍，它是機器人仿真系統(tǒng)應(yīng)用最普遍和最典型的例子。 4.2

51、國內(nèi)外機器人仿真研究 國外很早便認(rèn)識機器人仿真在機器人研究和應(yīng)用方面的重要作用，并從70年代開始進行了這方面的研究工作．在許多從事機器人研究的部門都裝備有功能較強的機器人仿真軟件系統(tǒng)，它們?yōu)闄C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)了一個通用的交互式機器人圖形仿真系統(tǒng)INEFFABELLE，它不是針對某個具體機器人，而是利用它可以很容易建立所需要的機器人及環(huán)境的模型，并且具有圖形顯示和運動的功能。西德Saarlandes大學(xué)開發(fā)了一個機器人仿真系統(tǒng)R0BSIM，它能進行機器人系統(tǒng)的分析、綜合及離線編程，美國Maryland大學(xué)開發(fā)了一個機械手設(shè)計和分析的工具DYNA

52、MAN，它能產(chǎn)生機械手的動力學(xué)模型．根據(jù)需要可以自動產(chǎn)生F0RTRAN的仿真程序，同時也可產(chǎn)生符號表示的雅可比矩陣，MIT開發(fā)了一個機器人CAD軟件包OPTARMⅡ，它可用于時間最優(yōu)軌跡規(guī)劃的研究。Michigan大學(xué)開發(fā)了一個機器人圖形編程系統(tǒng)—PR0GRESS，其特點是菜單驅(qū)動和光標(biāo)控制，并能有219圖形符號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的編程環(huán)境。自80年代以來國外已建成了許多用于機器人工作站設(shè)計和離線編程的仿真系統(tǒng)，例如美國MCAUTO公司開發(fā)了機器人仿真系統(tǒng)PLACE，它主要用于機器人工作站的設(shè)計。通用電氣公司的研究開發(fā)部對Robot-SIM 進行了改進工作。

53、Intergraph公司也研制了一個機器人仿真系統(tǒng)，它更加強調(diào)機器人的動力學(xué)特性和控制系統(tǒng)對精度及整個性能的影響。Computervision公司開發(fā)了軟件包Obographix，它具有產(chǎn)生機器人工作路徑、仿真機器人運動及碰撞檢測等多種功能。Autosimulations公司研制了兩個機器人仿真軟件包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)計和離線編程。SRI國際部研制了仿真軟件包RCODE，它具有幾乎實時的碰撞檢測功能，西德Kadsruke大學(xué)建立了機器人仿真系統(tǒng)

54、ROSI和ROS2。法國LAMM開發(fā)了CARO系統(tǒng)，它主要強調(diào)三維數(shù)據(jù)庫設(shè)計技術(shù)，快速性及能在小機器上運行是其追求的目標(biāo)。以色列OSHAP公司推出了ROBCAD，它主要用于工作站設(shè)計和離線編程，并能將程序下裝到系統(tǒng)內(nèi)。 國內(nèi)從80年代后期起，許多單位也開始從事機器人仿真技術(shù)的研究工作。在國家高技術(shù)計劃自動化領(lǐng)域智能機器人中，清華大學(xué)、 浙江大學(xué)、沈陽自動化所及上海交大等單位承擔(dān)了機器人系統(tǒng)仿真的研制任務(wù)，取得了多項研究成果。哈工大、北航、國防科大等單位承擔(dān)了機器人機構(gòu)仿真的任務(wù)，最后也研制成功一個大型的機器人仿真軟件。 4.3 DELMIA介紹 DELMIA解決方案涵蓋汽車領(lǐng)域的發(fā)動機、

55、總裝和白車身（Body-in-White），航空領(lǐng)域的機身裝配、維修維護，以及一般制造業(yè)的制造工藝。使用戶利用數(shù)字實體模型完成產(chǎn)品生產(chǎn)制造工藝的全面設(shè)計和校驗。DELMIA數(shù)字制造解決方案建立于一個開放式結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品、工藝與資源組合模型（PPR）上，此模型使得在整個研發(fā)過程中可以持續(xù)不斷地進行產(chǎn)品的工藝生成和驗證。通過3D協(xié)同工作，PPR能夠有效地支持設(shè)計變更，讓參與制造設(shè)計的多個人的每一個人能隨時隨地掌握目前的產(chǎn)品（生產(chǎn)什么）、工藝與資源（如何生產(chǎn)）。基于PPR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方面，使基于制造的專業(yè)知識能被提取出來，并讓最佳的產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗得以重復(fù)利用。D

56、ELMIA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)新進步，以更好地數(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，并同時降低成本。CATIA, ENOVIA 和 DELMIA 解決方案促進了企業(yè)技術(shù)的改革與創(chuàng)新，減少了產(chǎn)品開發(fā)時間，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，增強了產(chǎn)品的競爭力，維護了投資者的利益。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)的知識和經(jīng)驗重用。 圖4.1 DELMIA界面

57、 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。 將機器人，滾邊夾具系統(tǒng)，滾邊胎膜，回轉(zhuǎn)工作臺，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，每個組件必須有一個裝配或安裝坐標(biāo)，對于汽車各部件的坐標(biāo)原點位于車身零點，與車身相關(guān)的夾具、抓具或其他輸送設(shè)備的設(shè)計坐標(biāo)均與車身坐標(biāo)保持一致。在車間規(guī)劃時，首先定義車間的世界坐標(biāo)系，以世界坐標(biāo)為參考，建

58、立各個工作站的坐標(biāo)。 對于線體仿真，工作站可以參考整個車間布局來建立。以車身原點為工位原點，每個工作站按車間實際位置來進行仿真布局。 對于孤立的工作站，若一臺機器人同時有多個工作對象，以機器人原點為工位原點；若一個工作對象有多臺機器人對其工作，則以工件原點為工位原點。在本項目中每個工作站均為單臺機器人對兩個工件進行滾邊，故選擇機器人為工位原點，以此為基礎(chǔ)來布置工件、夾具及其他相關(guān)工位器具。機器人和回轉(zhuǎn)臺距離大致為2600mm。如圖4.2 圖4.2 滾邊工作站 4.4.2 創(chuàng)建TCP TCP Frame BASE Frame 圖

59、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器人的姿態(tài)，在DELMIA中設(shè)置TCP（工具中心點）。每個滾輪設(shè)置四個TCP，目的是保證仿真用設(shè)備與實際設(shè)備的信息一致及滾邊工藝過程中機器人的可達(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 Frame和機器人法蘭坐標(biāo)重合。那樣滾邊工具就能精確地安裝在機器人上了。如圖4.3 4.4.3 設(shè)置Tag KUKA機器人運動類型有三種：①PTP（點到點）—工具沿最近的路徑運動到軌跡末點；②LIN（直線）—工具在規(guī)定的速度下沿直線運動；③CIRC（圓）—工具在規(guī)定的

60、速度下沿圓形軌跡運動。在機器人的工具移動路徑上設(shè)置Tag，使TCP經(jīng)過每個Tag，這樣機器人就能隨TCP一起按照用戶需要的路徑移動。在每個Tag之間的機器人運動類型可以通過修改機器人的Motion來實現(xiàn)。Tag數(shù)量根據(jù)實際需要來制定，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)拍會因此慢下來。Tag定好后，建立機器人的Task，然后通過Add Tag指令將機器人動作和Tag連接起來，這樣機器人和滾邊工具一起就能沿Tag連續(xù)運動了。 圖4.4 滾邊路徑上的Tag 4.4.4 夾具和轉(zhuǎn)臺運動建模 機器人在進行滾邊工作時，滾邊工具會和夾具干涉相撞，因此有必要讓夾具打開而避免

61、這種情況發(fā)生。在Device Building模塊中Device Building工具條有建立機械裝置功能。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)計采用的TUNKERS氣缸已經(jīng)把導(dǎo)桿的直線運動輸出為旋轉(zhuǎn)運動，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)。最后加一個角度驅(qū)動就能實現(xiàn)夾具的開閉。 轉(zhuǎn)臺的運動建模則需在DPM—Assembly Process Simulation模塊下。首先，在PPR樹的Process下通過Insert Activity指令插入一個動作庫，然后使用Create a

62、 Move Activity指令將轉(zhuǎn)臺上半部分作為對象，通過羅盤旋轉(zhuǎn)180度，旋轉(zhuǎn)過程中使用記錄器記錄轉(zhuǎn)臺的狀態(tài)，最后通過Process Simulation指令就能看到轉(zhuǎn)臺上半部分的連續(xù)轉(zhuǎn)動了。 4.4.5 連續(xù)運動仿真 之前建立的滾邊、夾具和轉(zhuǎn)臺運動都是獨立的動作，而設(shè)計輸出需要一套連續(xù)的仿真結(jié)果。進入Workcell Sequencing模塊，使用Insert Activity指令在PPR樹的Process下建立兩個動作庫，因為剛插入的動作是無順序的，需要對它們排一下先后順序，打開PERT圖表，在PERT圖表里將三個動作排序，然后用Link the selected activit

63、ies指令將各個動作連接起來。如圖4.5 圖4.5 PERT圖表 用Assign a product/resource將第一個和第三個動作庫和機器人建立連接。最后，選擇Set an Active Task指令對第一個和第三個動作指定一個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)運動仿真a 圖4.7 連續(xù)運動仿真b 圖4.8 連續(xù)運動仿真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

64、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，闡述機器人柔性滾邊系統(tǒng)在白車身門蓋柔性自動化生產(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)包邊工藝和機器人滾邊工藝進行比較。 （3）使用CATIA畫出機器人滾邊系統(tǒng)三維模型，并詳細(xì)介紹系統(tǒng)的各個組成部分。 （4）利用仿真軟件DELMIA對機器人柔性滾邊系統(tǒng)進行仿真驗證。 謝辭 本文是在尊敬

65、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

66、將不忘合肥工業(yè)大學(xué)“厚德、篤學(xué)、崇實、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)揚光大。 由于時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] [1]濮良貴,紀(jì)名剛.機械設(shè)計[M].西安：高等教育出版社，2006.387-406. [2]王健強，張婧慧.機器人滾邊技術(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.車門板包邊機器人六關(guān)節(jié)角運動分析[J].機械設(shè)計與研究,2005,8:88-90. [4]蔡自興.機器人學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2000. [5]Ma S．Analysis of creeping locomotion of a snake-like robot[J]．Advanced Robotics，2001，15(2)：205-224． [6]何寶杰.車門包邊中的質(zhì)量缺陷原因和對策[J].機械工人（熱加工），2000，11：60-62 [7]張如飛.車身門蓋件機器人包邊運動規(guī)劃與仿真[D].上海交通大學(xué)碩士學(xué)位