■ 楊晟

目前在工業(yè)制造領(lǐng)域中，金屬鈑金成形應用較多的工藝包括裁切下料、激光切割下料、沖裁落料、拉深成形、折彎機折彎、鉚接及焊接等。在當今生產(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(shè)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。

1. 金屬鈑金折彎成形過程中相關(guān)尺寸說明

（1）金屬鈑金折彎所需5個相關(guān)尺寸（見圖1） 鈑金厚度尺寸t、折彎機上刀口頂尖處R角半徑r、折彎機下刀口凹槽深度尺寸d、折彎機下刀口的上開口最大尺寸b、折彎機下刀口的上開口處R角半徑r′。

圖 1

圖 3

（2）金屬鈑金在折彎成形過程中5個階段（根據(jù)鈑金下平面壓入下刀口凹槽時的深度值dp） 0＜dp＜r+t(見圖2)、dp=r+t(見圖3)、 r+t＜dp＜r+t+r(見圖4)、dp=r+t+r′(見圖5)、dp＞r+t+r′ (見圖6)。

圖 2

圖 4

（3）機器人折彎動作算法原理 在折彎機折壓金屬鈑金時，上刀口下降至不同深度范圍時，機器人動作位置參考點所產(chǎn)生的相對幾何關(guān)系式也不同。機器人折彎工作時始終在監(jiān)控刀口下降的位移位置，根據(jù)上刀口壓入下刀口凹槽內(nèi)的不同深度值選擇對應的幾何關(guān)系式進行計算，將鈑金成形過程中參考位置點發(fā)生的位移偏移量計算出來，并再次賦值給新的參考位置點，并隨即向新的參考位置點移動達到跟隨的效果，至到機器人監(jiān)測到上刀口壓入深度值大于等于預先設(shè)定的下刀口凹槽深度尺寸為止，一個完整的折彎動作結(jié)束。

“動態(tài)工具坐標系+位于R角上的動態(tài)作業(yè)點”理論學說（見圖7）。

如圖7中P0點為機器人作業(yè)開始時的初始點，機器人作業(yè)過程中始終有一個動態(tài)作業(yè)點P′，始終位于下刀口的肩部R角上(即圖中的r′圓角上)。機器人的作業(yè)點P′自P0點為起點開始，始終在r′圓角上移動，直到走到r′圓角的另一端點P為運動終點，此時也恰好達到折彎要求的最大深度。

機器人折彎過程中，陷入下刀口凹槽的鈑金會逐漸延長，機器人在移動過程中，同時還要向凹槽內(nèi)的鈑金長度進行補償，通過動態(tài)工具坐標系變幻，工具坐標系的參考點隨著金屬鈑金折彎過程壓入下刀口凹槽越深，則工具坐標系偏移值越大，實現(xiàn)了機器人在原本跟隨移動過程中向下刀口凹槽內(nèi)不斷地補償更多的鈑金物料。

“動態(tài)工具坐標系+位于R角上的動態(tài)作業(yè)點”保證了機器人作業(yè)點的準確性，同時也保證了鈑金折彎時延展所需要的物料補償。

2. 具體應用

（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。

圖 5

圖 6

圖 7

（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)。

（3）應用過程中需特別注意的技術(shù)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(shè)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。

3. 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(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。

4. 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(lǐng)域?qū)⒃絹碓綇V泛，且每個領(lǐng)域內(nèi)均會有其獨特的技術(shù)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(shè)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(shè)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(shè)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。