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機器人折彎單元的（de）技術特點及應用

2019-7-26 來源：轉載作者（zhě）：-

當前，智能化、柔性化加工技術已成為鈑金高端製造者的追求和願望。因此（cǐ），機（jī）器人折彎單（dān）元就在這種（zhǒng）市場環境下應運（yùn）而（ér）生。

一、鈑金行業折彎工藝現狀分析

在鈑金行業，大多數企業目（mù）前還從事著傳統的折彎工藝。在生產過程中，由於產品多品種、多規格、小批量，仍然（rán）需要多台折彎機和大量的技術熟練、經驗豐富的（de）鈑金折彎操作工（gōng）來完成工（gōng）件折（shé）彎。但是在實際工（gōng）作中存在著如下問題：一是由於操作工長時（shí）間（jiān）工作，耐力沒有持續性（xìng）而導致每次放置的工件高（gāo）低位置不一（yī）致；二是操作工不（bú）會（huì）像（xiàng）機器人一樣保持穩定性（xìng）工作，因此折彎工件因受（shòu）人工影響，尺寸和折彎精度（dù）得（dé）不到保證，導致成品質量差；三是（shì）麵對大工件一般需要3-4個（gè）操（cāo）作工來完成（chéng）搬運和操作，而招工難、成本高是企業的困境；四是（shì）操作者工（gōng）作安全性差，抬著工件幹活（huó）存在較大的安全隱患，容易發生工傷事故。

現在，鈑金（jīn）設備折彎機的製造和精度比過去雖然有了很大提高，但與目前對智能（néng）製造的相關要求還（hái）存在著較大差距，在“智能化生產、個（gè）性化定製、服（fú）務化延伸和網絡（luò）化協同”等方麵還需要鈑金設備製造細分領（lǐng）域和需方（fāng）的共（gòng）同創新開拓，這種創新開（kāi）拓和推廣應用就是（shì）生產力的（de）又一次提高（gāo）和解放。

二、鈑金行業傳統折彎需要解決的（de）問題

鈑（bǎn）金行（háng）業傳（chuán）統折（shé）彎（wān）需要解決如下問（wèn）題：（1）不能實現多品種（zhǒng）、小批量、快速切換；（2）鈑金（jīn）行業高精度工件折彎加（jiā）工（gōng）精度低，質量不穩定；（3）鈑金折（shé）彎（wān）操作工稀缺，工（gōng）人勞動強度大；（4）人員成本，安全隱患，工藝布局，管理運營。

以上問題可（kě）通過選用一（yī）套智能化機器人折彎單元（見圖1）來解決，這套單（dān）元包含：數控折彎機、德國KUKA6軸機器（qì）人及第七軸導軌、上（shàng）料工位（wèi）、磁性板料（liào）分離裝置、預對位定位工作台、板料翻轉機構（gòu）、上料（liào）抓手、成品堆垛、模具庫、離線編（biān）程軟件、參數化編程軟件和二（èr）次開發（fā）的折（shé）彎軟件以及延伸服務等（děng）。

圖1 機（jī）器人折彎單元

三、機器人折彎單元技術特點

1．設（shè）計研發（fā）

設計研發注重用戶個性化需求和定製化的特點，以客戶的需求和目標為第一要務，在每個技術（shù）方案的製定中與客戶進行詳細的技術交流；二是對客戶（hù）提供的工件加工圖紙進行計算機模擬分析（xī）；三是對客戶的典型工件進行現場（chǎng）打樣試驗；四是對（duì）客戶的工件進行分類分析和數（shù）據（jù）處理。在確認上述程序性工作完成後，再（zài）進行技術方案的製定，在技術方案和方案圖得到客戶認（rèn）可（kě）後就進行全麵設計。

LAG葛世（shì）國際機器人折彎（wān）單元（見圖2、圖3）在設計上采用先進的（de）三維設計，在材料、結構、傳感器、實時補償（cháng）、隨動（dòng）、激光角度測量、自動換模、自動換抓（zhuā）手、軟件及控製、參數化編程、離線編程、生產管（guǎn）理軟件和總線控製（zhì）技術方麵全部采用和選用國（guó）際一流品牌軟硬件。折彎機機身設計方麵采用了目前世（shì）界上較先進的設計軟件和設計方法進行結構力學分析，憑借多（duō）年的設計經驗和對折彎機框架結構特征的了解，對各受（shòu）力（lì）點進行有限（xiàn）元分（fèn）析，實現了對折彎機的側肩、上橫梁、下梁及下橫梁各結構（gòu）點的力學分析，充分保（bǎo）證了機床設計的合理性、可靠性和穩定性。

圖2 機（jī）器人折彎單元三維（wéi）設計-單機（jī）

圖3 機器人折彎單元三維設（shè）計-雙機（jī）

機器人折（shé）彎單元的設計旨在用最新的技術（軟件、硬件），實現（xiàn）智能化產品概念，以便在（zài）生產過（guò）程中進行實時數（shù）據交換、實（shí）時補償和（hé）折彎跟蹤隨動。主要解決的問題及（jí）獲得的效果是：

（1）解決了鈑金定製化生產的工藝難題，解決了如電梯行業的多產品、小批量（5-10件）、多（duō）品種零件的快速（sù）切換生產問題。（2）解決（jué）了產品質量不穩定、製件（jiàn）精度低、產品一致性差的問題。（3）解決了生產效率低，生產布局及工藝路線（xiàn）不合理的問題。（4）解決了招工難、人力成（chéng）本（běn）高（gāo）、人工折彎勞動強度大的（de）問題。（5）提高了折彎精度及自動化程度，提高了企（qǐ）業智能製造的能力，提升了客戶參觀的視覺（jiào）效果。

2．獨（dú）特的機架結構（gòu）

傳（chuán）統折彎機一般采用焊接式機架，包括（kuò）左右立柱、下橫（héng）梁（工（gōng）作台）、油箱和支撐方梁采用整體焊接結構。LAG葛世國際機器人折彎單（dān）元中的折彎機（jī）機架（見圖4）沒有采用焊接機架（jià）結構，而是采用獨家的機架鉚接技（jì）術，下橫梁（工作台）與立柱之間采用（yòng）高強度鋼螺栓緊固連接，這種柔（róu）性連結（jié）充分（fèn）保證了（le）機身在高（gāo）強度載荷情況下，能極大程度地降低機架應力變形，保持機床精度的長久穩定性。

其結構特點：（1）確保了機器無（wú）焊接應力變形；（2）提高了機器裝配精度；（3）提高了（le）機器使用壽命；（4）大幅提高了液壓補償精度。

圖4 機架鉚接技術

3．傳感器技術（精密電位計）應用

為了保證高精度的鈑金折彎，在折彎機的上橫梁（滑塊）和下橫梁（工作台）安（ān）裝了傳感器（見圖5），在工作（zuò）狀態時，將上、下橫梁的變形量實時準確地反饋到數控係統（PC），數控係統經過計算（suàn）比對後，輸出相應的補償值驅（qū）動補（bǔ）償（cháng）油缸進行動態補（bǔ）償，以獲得滿意的製件精（jīng）度。

圖5 傳感器應用

4．補償技術

G-FLEX牆板比例型變補償係統為一項專利補償技術，該補償係統在折彎機上無論折彎條件隨著（zhe）板（bǎn）材厚度（dù）、長度或折彎位置發生任何變化，都能保證每（měi）次折彎角度在全長內完全一致，消除光柵尺的測量誤差，保證機器的精度。

G-CS自動撓補係統（tǒng）通過閉環控製，在板厚一定的折彎情況下簡化了複雜（zá）的試折彎工作過程，即使折彎工件的長（zhǎng）度不同，或者在折彎機（jī）的不同位置都能確（què）保折彎出來（lái）的工件具有完全一致的角度及直線度，無需人工幹預。可（kě）實（shí）現最高折彎精度，最好穩定性（xìng），可（kě）實時動態補償。

四、折（shé）彎隨動技術

LAG葛世國際機器人折彎單元在折彎過程中，應對不同（tóng）大小和板厚的工件，可根據折彎（wān）機滑塊的運行速度（dù）進行（háng）自動跟隨（見圖6），自動調整。該技術由意大利LAG葛世（shì）專用機器（qì）人折彎應用（yòng）軟件包LK-RBC-Rev4.0來（lái）實現。

圖6 折彎隨動

五、激光角度測量技術

AMS角度測量（liàng）係（xì）統（見圖7）通過（guò）閉環的激光角度在線測量係統，在機器人自動折彎過程中，AMS的自動應用程序及內置激光角（jiǎo）度測量（liàng）裝置的自動角度測量係統與G-CS係統配合工作，保證彎曲角精度。其主要特點為（wéi）：

（1）通過激光在線檢測工件回彈（dàn）後的折彎角度；（2）受力檢測係統（tǒng）自動計（jì）算折彎回彈量；（3）件根據下模（mó）寬度的不同可（kě）自動調整進深；（4）通過閉（bì）環的激光角度在線測量係統，保證折（shé）彎成品率達到99.5%以上。

圖7 AMS角度測量係統

六、機器人自動（ATC）換抓手、換模（mó）

機（jī）器人自動（ATC）換抓手（見圖8）、換模是鈑金領域完全的智能自動化操作方（fāng）式，該方（fāng）式由自動換模（mó）軟件、機（jī）器人和（hé）模具庫（見圖9）組成。當選配自動換模係統（tǒng）時，精密折彎中（zhōng）心從（cóng）此可以全自（zì）動隨機（jī）折彎小批次的（de）不同產品。利用自動更換模具的功能，折彎機中的模具不（bú）再成為限製因素，可全（quán）程無人處理部件。機器人自動機（jī）械裝置的抓（zhuā）手更換模具的速度非常快，隨時可（kě）折彎下批部（bù）件。

圖8 抓手庫圖（tú）9 模具庫

1．自動換模軟件

自動換模軟件的主要特點為：

（1）通過附（fù）件的圖形化界麵，用戶能夠立即看到整個係統（tǒng）的現狀；在該界（jiè）麵的右邊，有一個圖形表示模具（jù）的狀態，對這些模具當前（qián）的位置進行分區。（2）整個界麵包（bāo）括折彎上模區域、折（shé）彎下模區域（yù）和模具（jù）庫；模具的展示遵（zūn）循模具本身的尺（chǐ）寸，被夾持的工（gōng）位位置。（3）上下模用不同（tóng）顏色區（qū）分；在（zài）該界（jiè）麵的左上邊，有對折彎機上（shàng）所裝模具（jù）的（de）詳細描述。兩個部分：一個是解釋上模，一個是解釋下模，通過識別碼和現有位置來描（miáo）述被夾持的模具。

2．管理功能

按（àn）下模具（jù）管理（見圖10）、產品管理、模具（jù）庫管理、模具設置管（guǎn）理等圖標，會彈出一個相應的窗口，以便對相關任務進行設置（zhì）或管理。

圖10 模具管理

按下設置圖標可以打開（kāi）管理設置的條框（kuàng）。注：如采用機器人自動換模（mó）係統，模具上配（pèi）置專用換模接口及專用（yòng）模具庫。

七、數控順序（xù）折彎技術

數控順序折（shé）彎技術是一套適用（yòng）於對工件形位公差加工（gōng）有要求的高精度折彎控製係統（見圖11）。該裝置（zhì）由一套帶軌道的（de）兩組數控前推（tuī）料裝置運行係統構成，位移由傳感器傳輸反饋，整個運行由數控係統控製，控製軸由X3\X4及Z3\Z4組成。通過配置位移的數控前（qián）推料裝（zhuāng）置和後擋塊進行折彎（wān），即（jí）使工件落料尺（chǐ）寸達到±1mm，也能輕鬆確保關鍵尺寸在可控誤差之內，提高（gāo）製件精度和效率。

圖11 順序折彎（wān）

八、軟件及（jí）控製

在機器人折彎單元中我們應用了參數（shù）化編程軟件、離線（xiàn）編程軟件（見圖12）和（hé）生產管理軟件，同時二次（cì）開發了折彎隨（suí）動、自動換模、自動換抓手、柔性碼垛、實時補償（cháng）、板邊尋邊、柔性翻轉技術（shù）和（hé）總線控製技術。可（kě）極大地滿足各類客戶鈑金折彎的技術和軟件需求。

圖12 離線編程

九、結束語

隨著我國機械工業整體水平的提高，鈑金製造業對生產設備將會出現一個新層次的要求。最終，能為用戶（hù）排憂解（jiě）難的設備將會（huì）獲得用（yòng）戶的青睞。LAG葛世國際（jì）機器人（rén）折彎（wān）單元具有適合客戶的生產方式，最好（hǎo）地（dì）硬件及軟件結合，適合客（kè）戶多品種、小批量、快速切換和無需首片試製的（de）特點。

來源：《世界（jiè）製造技術與裝備（bèi）市場（WMEM）》

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