來源：《電力設備》2018年第32期   作者：鐘偉華

[導讀] 摘要：機器人技術的推廣，不僅可以提升我國折彎裝備的集成應用水平，而且可推動高速鐵路、軌道交通、家電、汽車及五金等行業(yè)自動化生產(chǎn)水平的提高，潛在需求十分廣闊，因此進行機器人輔助折彎方面的研究具有重要的現(xiàn)實意義，企業(yè)的生產(chǎn)裝備優(yōu)勢會隨著時間的推移愈發(fā)突顯，這也是企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的必由之路。

        關鍵詞：金屬鈑金；機器人；自動化折彎；技術研究

portant;"="">        在當今生產(chǎn)制造業(yè)領域，鈑金折彎成形已滲入到諸多行業(yè)，如汽車、家電、電氣、廚具、電子及消費品等，在金屬鈑金折彎成形過程中，傳統(tǒng)作業(yè)時每臺折彎機均需要配備一名操作者。由于各行各業(yè)對產(chǎn)品的品種要求繁多、數(shù)量巨大，且折彎機屬于危險類別較高的生產(chǎn)設備，安全隱患也比較大，此道生產(chǎn)工序愈發(fā)成為一項繁重危險度較高的體力工作，所以用機器人替代人工作業(yè)也逐漸成為必然發(fā)展趨勢。

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portant;"=""> 那么，都有哪些具體應用呢？

portant;"=""> 　　（1）電液伺服數(shù)控折彎機?可實現(xiàn)穩(wěn)定及精確調(diào)整折彎工作速度的折彎機，以保證金屬鈑金在折彎過程中勻速穩(wěn)定，避免發(fā)生速度突變導致機器人無法在短時間內(nèi)急速跟隨的現(xiàn)象。同時，對于不能將折彎機自身的刀口行程值通信給機器人的情況，則需要在折彎機上刀口（即活動刀口）安裝精密絲桿與編碼器傳動裝置，通過編碼器將刀口行程值持續(xù)通信給機器人。

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portant;"=""> 　　（2）工業(yè)機器人?目前主流的工業(yè)機器人，除了四大家族以外，意大利柯瑪、日本川崎重工等廠家也提供帶有折彎跟隨功能的機器人（機器人本體內(nèi)需安裝有與編碼器通信協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的專用板卡或模塊），配合真空吸盤式抓手，可在機器人的控制器內(nèi)為不同規(guī)格的產(chǎn)品預先錄入產(chǎn)品編號及相應的尺寸參數(shù)，機器人即可準確對應多種規(guī)格的產(chǎn)品折彎作業(yè)。

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portant;"=""> 　　（3）應用過程中需特別注意的技術參數(shù)?折彎機在折彎作業(yè)時工進速度(即金屬鈑金開始發(fā)生折彎變形時折彎機的工作速度)，根據(jù)現(xiàn)場實際測試，建議設定在25mm/s以下，否則會出現(xiàn)機器人的運動速度滯后于金屬鈑金的移動速度，從而導致金屬鈑金從吸盤抓手上脫料。若機器人6軸法蘭中心距離折彎機刀口中心尺寸較遠時（通常大于300mm），則建議繼續(xù)降低折彎機作業(yè)時的工進速度。

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portant;"=""> 　　附加分析：機器人自動折彎僅作為機器人在制造業(yè)中高端智能化的其中一個環(huán)節(jié)，隨著中國制造2025及全球工業(yè)化4.0的全面推進，未來對機器人提出智能化要求的領域將越來越廣泛，且每個領域內(nèi)均會有其獨特的技術要求，逐步充實著工業(yè)機器人的擬人化作業(yè)功能。配合完善的3D視覺設備、力矩傳感器等外部輸入元件，未來每臺工業(yè)機器人都將變成一臺半人化設備，實現(xiàn)的將不僅僅是無人化工廠，甚至是具備一定程度自主協(xié)調(diào)能力的設備，更進一步保障了生產(chǎn)線產(chǎn)品的多元化、隨機化的生產(chǎn)要求。

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        １、系統(tǒng)組成

        機器人輔助折彎系統(tǒng)主要由六軸機器人、機器人手爪、移載機、進料輥道線、出料輥道線、折彎機、調(diào)面架、板料定位對中單元、后擋指位移檢測單元、電控系統(tǒng)等組成，如圖１所示。

 

        ２、工作流程

        從操作臺發(fā)出待加工板材的規(guī)格及數(shù)量后，待加工板材從后方立庫自動輸送到移栽機下方，移栽機實時檢測到來料后將自動下降吸取板材并將板材運至輥道線上，輥道線將板材運至機器人側(cè)的板料定位對中單元，對中單元與輥道線配合實現(xiàn)板材線體上的定位。定位完成后機器人通過手爪吸取板材到折彎機，通過機器人與折彎機之間實時通訊及產(chǎn)品工藝程序準確而快速地完成產(chǎn)品的折彎，產(chǎn)品折彎完成后機器人將成品放入出料輥道線，并發(fā)命令告知成品庫將產(chǎn)品入庫。本系統(tǒng)配備的兩臺機器人可同時加工同一種產(chǎn)品，也可同時加工不同產(chǎn)品，還可根據(jù)折彎機使用的刀頭來選擇協(xié)同加工一種產(chǎn)品，提高了系統(tǒng)的適用性與靈活性；同時在兩臺機器人交叉工作區(qū)內(nèi)設置了硬件與軟件的雙重防碰撞保護，提高了系統(tǒng)的安全性。

         2.1移栽機

        主要完成從板材庫送料小車依次吸取每張板材，將其放于輥道線體上。該移載機主體結(jié)構(gòu)采用結(jié)構(gòu)用型鋼加工而成，行走機構(gòu)采用電機與齒輪齒條驅(qū)動，升降機構(gòu)采用伺服電機與滾珠絲杠模組驅(qū)動，手爪部分設計為框架式真空吸盤陣列，吸盤分組驅(qū)動控制。升降機構(gòu)傳感器能準確定位板材抓取位置，伺服電機根據(jù)板材位置信息先快速運動到板材上方２ｃｍ處，然后緩慢下移直到吸盤完全接觸后吸取板材，再快速上移，同時行走機構(gòu)快速移動到輥道線上方，伺服電機將板材放到輥道線上返回初始位。

        2.2輥道線與對中單元

        輥道線主要由驅(qū)動機構(gòu)、張緊機構(gòu)、工件定位機構(gòu)、到位檢測傳感器等組成，線體采用鏈輪鏈條驅(qū)動、變頻可調(diào)。對中裝置位于輥道線進料方向末端，且獨立于輥道線，主體結(jié)構(gòu)采用伺服電機驅(qū)動雙螺旋滾珠絲杠，帶動擋塊對工件進行對中定位夾緊。輥道線將移栽機送來的板材輸送至本線體尾端，線尾傳感器檢測到板材時輥道線降頻運行來保持輥道線運行側(cè)的位置，并通知對中裝置進行對中，對中單元可通過板材的夾持力矩判斷板材在垂直于輥道運行方向的定位是否完成，當夾持力矩到達設定值時對中單元松開，等待機器人抓取。

        2.3機器人手爪

        根據(jù)工件尺寸及工藝要求（單邊折彎、兩邊折彎或者四邊折彎、覆平）進行分組，設計了如圖３所示的手爪，手爪主要由伺服驅(qū)動模組、精密直線導軌或直線軸承、氣缸、真空器件等組成。該手爪可通過伸縮變換兼容尺寸差異較大的工件，吸盤采取分組控制，并配有止回閥，防止單只吸盤漏氣時影響其他吸盤吸附。

         2.4調(diào)面架

        主要完成翻面吸取板材或雙工位協(xié)同加工時由另外一臺從站機器人吸取工件，如圖１所示，調(diào)面架設計為傾斜固定式Ｆ型立柱結(jié)構(gòu)，臺面上裝有定位吸盤，吸盤采取分組控制，并配有止回閥，防止單只吸盤漏氣時影響其他吸盤吸附。當需翻面折彎時，兩個交換臺分別配合各機器人進行折彎；需交換折彎時，可選用任何一個交換臺進行折彎。

         2.5折彎及跟隨系統(tǒng)

        由于待加工板材的最大尺寸為2500ｍｍ，微小的尺寸與角度偏差都可能導致折彎尺寸不合格，因此在折彎機兩后擋指側(cè)增加了高精度位移傳感器，來修正對中與機器人手爪抓取移動時的位置偏差，保證在折彎機下壓折彎時的精度。因加工板材種類多，每種產(chǎn)品尺寸、折彎角度、位置都可能有所不同，針對折彎跟隨工作量比較大的情況開發(fā)了鈑金件跟隨程序模塊，只需幾步簡單的示教即可完成折彎跟隨，保證了角度精度，且加工尺寸精度≤±0.15ｍｍ，折彎角度精度≤±0.5°。

折彎機器人國內(nèi)應用現(xiàn)狀與不足

        目前我國包括廈門ABB開關有限公司、東莞嘉利公司等大型的電氣柜、家電的生產(chǎn)制造企業(yè)已將機器人折彎應用到實際的生產(chǎn)作業(yè)中，但仍有更多的金屬鈑金制造企業(yè)尚未實現(xiàn)或正在籌劃這一環(huán)節(jié)的自動化應用方案。很多企業(yè)還屬于中小企業(yè)，所生產(chǎn)的產(chǎn)品規(guī)格不固定、產(chǎn)量偏少且不穩(wěn)定，則折彎機需要經(jīng)常更換及調(diào)整上下模刀口導致基準位置發(fā)生變化，機器人就需要反復校準，使得機器人作業(yè)的優(yōu)勢不能充分體現(xiàn)，最終機器人自動化折彎系統(tǒng)在中小企業(yè)范圍內(nèi)未得到廣泛推行實施。

         結(jié)語

        機器人自動折彎僅作為機器人在制造業(yè)中高端智能化的其中一個環(huán)節(jié)，隨著中國制造2025及全球工業(yè)化4.0的全面推進，未來對機器人提出智能化要求的領域將越來越廣泛，且每個領域內(nèi)均會有其獨特的技術要求，逐步充實著工業(yè)機器人的擬人化作業(yè)功能。配合完善的3D視覺設備、力矩傳感器等外部輸入元件，未來每臺工業(yè)機器人都將變成一臺半人化設備，實現(xiàn)的將不僅僅是無人化工廠，甚至是具備一定程度自主協(xié)調(diào)能力的設備，更進一步保障了生產(chǎn)線產(chǎn)品的多元化、隨機化的生產(chǎn)要求。

        參考文獻：

      ［1］齊俊河．我國沖壓、鈑金行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀［N］．世界金屬導報，2011-03-01(18)．

         [2]倪建成.沖壓自動化生產(chǎn)線技術特點淺析[J].鍛壓裝備與制造技術，2014，49（2）.

        [3]桂方亮.機器人沖壓生產(chǎn)線重力對中臺的柔性化改造方案探討[J].鍛壓裝備與制造技術，2015，50（4）

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