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機器人折彎單元的技術特點及應用

2019-7-26 來源：作者：

當前，智能化、柔性化加工技術已成為鈑金高端制造者的追求和愿望。因此，機器人折彎單元就在這種市場環境下應運而生。

一、鈑金行業折彎工藝現狀分析

在鈑金行業，大多數企業目前還從事著傳統的折彎工藝。在生產過程中，由于產品多品種、多規格、小批量，仍然需要多臺折彎機和大量的技術熟練、經驗豐富的鈑金折彎操作工來完成工件折彎。但是在實際工作中存在著如下問題：一是由于操作工長時間工作，耐力沒有持續性而導致每次放置的工件高低位置不一致；二是操作工不會像機器人一樣保持穩定性工作，因此折彎工件因受人工影響，尺寸和折彎精度得不到保證，導致成品質量差；三是面對大工件一般需要3-4個操作工來完成搬運和操作，而招工難、成本高是企業的困境；四是操作者工作安全性差，抬著工件干活存在較大的安全隱患，容易發生工傷事故。

現在，鈑金設備折彎機的制造和精度比過去雖然有了很大提高，但與目前對智能制造的相關要求還存在著較大差距，在“智能化生產、個性化定制、服務化延伸和網絡化協同”等方面還需要鈑金設備制造細分領域和需方的共同創新開拓，這種創新開拓和推廣應用就是生產力的又一次提高和解放。

二、鈑金行業傳統折彎需要解決的問題

鈑金行業傳統折彎需要解決如下問題：（1）不能實現多品種、小批量、快速切換；（2）鈑金行業高精度工件折彎加工精度低，質量不穩定；（3）鈑金折彎操作工稀缺，工人勞動強度大；（4）人員成本，安全隱患，工藝布局，管理運營。

以上問題可通過選用一套智能化機器人折彎單元（見圖1）來解決，這套單元包含：數控折彎機、德國KUKA6軸機器人及第七軸導軌、上料工位、磁性板料分離裝置、預對位定位工作臺、板料翻轉機構、上料抓手、成品堆垛、模具庫、離線編程軟件、參數化編程軟件和二次開發的折彎軟件以及延伸服務等。

圖1 機器人折彎單元

三、機器人折彎單元技術特點

1．設計研發

設計研發注重用戶個性化需求和定制化的特點，以客戶的需求和目標為第一要務，在每個技術方案的制定中與客戶進行詳細的技術交流；二是對客戶提供的工件加工圖紙進行計算機模擬分析；三是對客戶的典型工件進行現場打樣試驗；四是對客戶的工件進行分類分析和數據處理。在確認上述程序性工作完成后，再進行技術方案的制定，在技術方案和方案圖得到客戶認可后就進行全面設計。

LAG葛世國際機器人折彎單元（見圖2、圖3）在設計上采用先進的三維設計，在材料、結構、傳感器、實時補償、隨動、激光角度測量、自動換模、自動換抓手、軟件及控制、參數化編程、離線編程、生產管理軟件和總線控制技術方面全部采用和選用國際一流品牌軟硬件。折彎機機身設計方面采用了目前世界上較先進的設計軟件和設計方法進行結構力學分析，憑借多年的設計經驗和對折彎機框架結構特征的了解，對各受力點進行有限元分析，實現了對折彎機的側肩、上橫梁、下梁及下橫梁各結構點的力學分析，充分保證了機床設計的合理性、可靠性和穩定性。

圖2 機器人折彎單元三維設計-單機

圖3 機器人折彎單元三維設計-雙機

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

（1）解決了鈑金定制化生產的工藝難題，解決了如電梯行業的多產品、小批量（5-10件）、多品種零件的快速切換生產問題。（2）解決了產品質量不穩定、制件精度低、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不合理的問題。（4）解決了招工難、人力成本高、人工折彎勞動強度大的問題。（5）提高了折彎精度及自動化程度，提高了企業智能制造的能力，提升了客戶參觀的視覺效果。

2．獨特的機架結構

傳統折彎機一般采用焊接式機架，包括左右立柱、下橫梁（工作臺）、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元中的折彎機機架（見圖4）沒有采用焊接機架結構，而是采用獨家的機架鉚接技術，下橫梁（工作臺）與立柱之間采用高強度鋼螺栓緊固連接，這種柔性連結充分保證了機身在高強度載荷情況下，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）確保了機器無焊接應力變形；（2）提高了機器裝配精度；（3）提高了機器使用壽命；（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（工作臺）安裝了傳感器（見圖5），在工作狀態時，將上、下橫梁的變形量實時準確地反饋到數控系統（PC），數控系統經過計算比對后，輸出相應的補償值驅動補償油缸進行動態補償，以獲得滿意的制件精度。

圖5 傳感器應用

4．補償技術

G-FLEX墻板比例型變補償系統為一項專利補償技術，該補償系統在折彎機上無論折彎條件隨著板材厚度、長度或折彎位置發生任何變化，都能保證每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自動撓補系統通過閉環控制，在板厚一定的折彎情況下簡化了復雜的試折彎工作過程，即使折彎工件的長度不同，或者在折彎機的不同位置都能確保折彎出來的工件具有完全一致的角度及直線度，無需人工干預。可實現最高折彎精度，最好穩定性，可實時動態補償。

四、折彎隨動技術

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

圖6 折彎隨動

五、激光角度測量技術

AMS角度測量系統（見圖7）通過閉環的激光角度在線測量系統，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度測量裝置的自動角度測量系統與G-CS系統配合工作，保證彎曲角精度。其主要特點為：

（1）通過激光在線檢測工件回彈后的折彎角度；（2）受力檢測系統自動計算折彎回彈量；（3）件根據下模寬度的不同可自動調整進深；（4）通過閉環的激光角度在線測量系統，保證折彎成品率達到99.5%以上。

圖7 AMS角度測量系統

六、機器人自動（ATC）換抓手、換模

機器人自動（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式，該方式由自動換模軟件、機器人和模具庫（見圖9）組成。當選配自動換模系統時，精密折彎中心從此可以全自動隨機折彎小批次的不同產品。利用自動更換模具的功能，折彎機中的模具不再成為限制因素，可全程無人處理部件。機器人自動機械裝置的抓手更換模具的速度非常快，隨時可折彎下批部件。

圖8 抓手庫圖9 模具庫

1．自動換模軟件

自動換模軟件的主要特點為：

（1）通過附件的圖形化界面，用戶能夠立即看到整個系統的現狀；在該界面的右邊，有一個圖形表示模具的狀態，對這些模具當前的位置進行分區。（2）整個界面包括折彎上模區域、折彎下模區域和模具庫；模具的展示遵循模具本身的尺寸，被夾持的工位位置。（3）上下模用不同顏色區分；在該界面的左上邊，有對折彎機上所裝模具的詳細描述。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述被夾持的模具。

2．管理功能

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

圖10 模具管理

按下設置圖標可以打開管理設置的條框。注：如采用機器人自動換模系統，模具上配置專用換模接口及專用模具庫。

七、數控順序折彎技術

數控順序折彎技術是一套適用于對工件形位公差加工有要求的高精度折彎控制系統（見圖11）。該裝置由一套帶軌道的兩組數控前推料裝置運行系統構成，位移由傳感器傳輸反饋，整個運行由數控系統控制，控制軸由X3\X4及Z3\Z4組成。通過配置位移的數控前推料裝置和后擋塊進行折彎，即使工件落料尺寸達到±1mm，也能輕松確保關鍵尺寸在可控誤差之內，提高制件精度和效率。