來源：《電力設(shè)備》2018年第32期   作者：鐘偉華

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

        關(guān)鍵詞：金屬鈑金；機(jī)器人；自動(dòng)化折彎；技術(shù)研究

portant;"="">        在當(dāng)今生產(chǎn)制造業(yè)領(lǐng)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(fèi)品等，在金屬鈑金折彎成形過程中，傳統(tǒng)作業(yè)時(shí)每臺(tái)折彎機(jī)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(jī)屬于危險(xiǎn)類別較高的生產(chǎn)設(shè)備，安全隱患也比較大，此道生產(chǎn)工序愈發(fā)成為一項(xiàng)繁重危險(xiǎn)度較高的體力工作，所以用機(jī)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(yīng)用呢？

portant;"=""> 　　（1）電液伺服數(shù)控折彎機(jī)?可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定及精確調(diào)整折彎工作速度的折彎機(jī)，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(dǎo)致機(jī)器人無法在短時(shí)間內(nèi)急速跟隨的現(xiàn)象。同時(shí)，對于不能將折彎機(jī)自身的刀口行程值通信給機(jī)器人的情況，則需要在折彎機(jī)上刀口（即活動(dòng)刀口）安裝精密絲桿與編碼器傳動(dòng)裝置，通過編碼器將刀口行程值持續(xù)通信給機(jī)器人。

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portant;"=""> 　　（2）工業(yè)機(jī)器人?目前主流的工業(yè)機(jī)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(jī)器人（機(jī)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(jī)器人的控制器內(nèi)為不同規(guī)格的產(chǎn)品預(yù)先錄入產(chǎn)品編號(hào)及相應(yīng)的尺寸參數(shù)，機(jī)器人即可準(zhǔn)確對應(yīng)多種規(guī)格的產(chǎn)品折彎作業(yè)。

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portant;"=""> 　　（3）應(yīng)用過程中需特別注意的技術(shù)參數(shù)?折彎機(jī)在折彎作業(yè)時(shí)工進(jìn)速度(即金屬鈑金開始發(fā)生折彎變形時(shí)折彎機(jī)的工作速度)，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際測試，建議設(shè)定在25mm/s以下，否則會(huì)出現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度滯后于金屬鈑金的移動(dòng)速度，從而導(dǎo)致金屬鈑金從吸盤抓手上脫料。若機(jī)器人6軸法蘭中心距離折彎機(jī)刀口中心尺寸較遠(yuǎn)時(shí)（通常大于300mm），則建議繼續(xù)降低折彎機(jī)作業(yè)時(shí)的工進(jìn)速度。

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portant;"=""> 　　附加分析：機(jī)器人自動(dòng)折彎僅作為機(jī)器人在制造業(yè)中高端智能化的其中一個(gè)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(jìn)，未來對機(jī)器人提出智能化要求的領(lǐng)域將越來越廣泛，且每個(gè)領(lǐng)域內(nèi)均會(huì)有其獨(dú)特的技術(shù)要求，逐步充實(shí)著工業(yè)機(jī)器人的擬人化作業(yè)功能。配合完善的3D視覺設(shè)備、力矩傳感器等外部輸入元件，未來每臺(tái)工業(yè)機(jī)器人都將變成一臺(tái)半人化設(shè)備，實(shí)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(shè)備，更進(jìn)一步保障了生產(chǎn)線產(chǎn)品的多元化、隨機(jī)化的生產(chǎn)要求。

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        １、系統(tǒng)組成

        機(jī)器人輔助折彎系統(tǒng)主要由六軸機(jī)器人、機(jī)器人手爪、移載機(jī)、進(jìn)料輥道線、出料輥道線、折彎機(jī)、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(tái)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(dòng)輸送到移栽機(jī)下方，移栽機(jī)實(shí)時(shí)檢測到來料后將自動(dòng)下降吸取板材并將板材運(yùn)至輥道線上，輥道線將板材運(yùn)至機(jī)器人側(cè)的板料定位對中單元，對中單元與輥道線配合實(shí)現(xiàn)板材線體上的定位。定位完成后機(jī)器人通過手爪吸取板材到折彎機(jī)，通過機(jī)器人與折彎機(jī)之間實(shí)時(shí)通訊及產(chǎn)品工藝程序準(zhǔn)確而快速地完成產(chǎn)品的折彎，產(chǎn)品折彎完成后機(jī)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(tái)機(jī)器人可同時(shí)加工同一種產(chǎn)品，也可同時(shí)加工不同產(chǎn)品，還可根據(jù)折彎機(jī)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(shí)在兩臺(tái)機(jī)器人交叉工作區(qū)內(nèi)設(shè)置了硬件與軟件的雙重防碰撞保護(hù)，提高了系統(tǒng)的安

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全性。

         2.1移栽機(jī)

        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(jī)主體結(jié)構(gòu)采用結(jié)構(gòu)用型鋼加工而成，行走機(jī)構(gòu)采用電機(jī)與齒輪齒條驅(qū)動(dòng)，升降機(jī)構(gòu)采用伺服電機(jī)與滾珠絲杠模組驅(qū)動(dòng)，手爪部分設(shè)計(jì)為框架式真空吸盤陣列，吸盤分組驅(qū)動(dòng)控制。升降機(jī)構(gòu)傳感器能準(zhǔn)確定位板材抓取位置，伺服電機(jī)根據(jù)板材位置信息先快速運(yùn)動(dòng)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(shí)行走機(jī)構(gòu)快速移動(dòng)到輥道線上方，伺服電機(jī)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(dòng)機(jī)構(gòu)、張緊機(jī)構(gòu)、工件定位機(jī)構(gòu)、到位檢測傳感器等組成，線體采用鏈輪鏈條驅(qū)動(dòng)、變頻可調(diào)。對中裝置位于輥道線進(jìn)料方向末端，且獨(dú)立于輥道線，主體結(jié)構(gòu)采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)雙螺旋滾珠絲杠，帶動(dòng)擋塊對工件進(jìn)行對中定位夾緊。輥道線將移栽機(jī)送來的板材輸送至本線體尾端，線尾傳感器檢測到板材時(shí)輥道線降頻運(yùn)行來保持輥道線運(yùn)行側(cè)的位置，并通知對中裝置進(jìn)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(yùn)行方向的定位是否完成，當(dāng)夾持力矩到達(dá)設(shè)定值時(shí)對中單元松開，等待機(jī)器人抓取。

        2.3機(jī)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(jìn)行分組，設(shè)計(jì)了如圖３所示的手爪，手爪主要由伺服驅(qū)動(dòng)模組、精密直線導(dǎo)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(shí)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(shí)由另外一臺(tái)從站機(jī)器人吸取工件，如圖１所示，調(diào)面架設(shè)計(jì)為傾斜固定式Ｆ型立柱結(jié)構(gòu)，臺(tái)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(shí)影響其他吸盤吸附。當(dāng)需翻面折彎時(shí)，兩個(gè)交換臺(tái)分別配合各機(jī)器人進(jìn)行折彎；需交換折彎時(shí)，可選用任何一個(gè)交換臺(tái)進(jìn)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(dǎo)致折彎尺寸不合格，因此在折彎機(jī)兩后擋指側(cè)增加了高精度位移傳感器，來修正對中與機(jī)器人手爪抓取移動(dòng)時(shí)的位置偏差，保證在折彎機(jī)下壓折彎時(shí)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(jī)器人國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀與不足

        目前我國包括廈門ABB開關(guān)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(jī)器人折彎應(yīng)用到實(shí)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(shí)現(xiàn)或正在籌劃這一環(huán)節(jié)的自動(dòng)化應(yīng)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(jī)需要經(jīng)常更換及調(diào)整上下模刀口導(dǎo)致基準(zhǔn)位置發(fā)生變化，機(jī)器人就需要反復(fù)校準(zhǔn)，使得機(jī)器人作業(yè)的優(yōu)勢不能充分體現(xiàn)，最終機(jī)器人自動(dòng)化折彎系統(tǒng)在中小企業(yè)范圍內(nèi)未得到廣泛推行實(shí)施。

         結(jié)語

        機(jī)器人自動(dòng)折彎僅作為機(jī)器人在制造業(yè)中高端智能化的其中一個(gè)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(jìn)，未來對機(jī)器人提出智能化要求的領(lǐng)域將越來越廣泛，且每個(gè)領(lǐng)域內(nèi)均會(huì)有其獨(dú)特的技術(shù)要求，逐步充實(shí)著工業(yè)機(jī)器人的擬人化作業(yè)功能。配合完善的3D視覺設(shè)備、力矩傳感器等外部輸入元件，未來每臺(tái)工業(yè)機(jī)器人都將變成一臺(tái)半人化設(shè)備，實(shí)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(shè)備，更進(jìn)一步保障了生產(chǎn)線產(chǎn)品的多元化、隨機(jī)化的生產(chǎn)要求。

        參考文獻(xiàn)：

      ［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(dǎo)報(bào)，2011-03-01(18)．

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

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

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