文／王鐸，朱國平，冷志斌·江蘇亞威機床股份有限公司

近幾年，工業(yè)機器人在國內(nèi)的應(yīng)用案例迅速增加，主要集中在焊接、噴涂、搬運等領(lǐng)域，在折彎方面的應(yīng)用還不多。而工件折彎是一種應(yīng)用廣泛又有一定危險性的工作，因此機器人折彎的市場前景是非常樂觀的，國外已有很多成功經(jīng)驗。目前歐美市場鈑金加工車間40%～50%的折彎機上配置機器人自動折彎系統(tǒng)，而中國目前折彎自動化才剛剛起步。未來10年內(nèi)，折彎機器人在國內(nèi)需求將呈直線上升趨勢。

以機器人作為核心執(zhí)行部件的數(shù)控板料折彎柔性加工單元是一套高度自動化的設(shè)備組合，具有高效率、高質(zhì)量和高靈活性的優(yōu)點。在折彎柔性加工單元中，選擇合適的部件組合，能夠為加工效率、靈活性提供更好的支撐。折彎精度取決于折彎機自身精度、機器人的定位精度、機器人與折彎機的協(xié)同控制；協(xié)同控制的難點在于機器人與折彎機的速度匹配，以及機器人托扶工件的運行軌跡；較差的跟隨效果將嚴(yán)重影響折彎角度成形效果和板面平整度，從而影響成品的品質(zhì)。

折彎加工單元的組成

如圖1所示，標(biāo)準(zhǔn)折彎加工單元以機器人和折彎機為核心，抓手、上料臺、下料臺、定位工作臺、翻面架、換手裝置、各種檢測傳感器為輔助部件。

圖1 折彎加工單元整體布局

抓手是機器人代替人工、取放工件的“手”。折彎機器人的抓手一般是把多個吸盤安裝在一個金屬框架上構(gòu)成的。

上料臺和下料臺通常采用堆垛貨盤，也有采用傳送帶或輥道為單元輸送原料和轉(zhuǎn)運成品的。油性板材容易發(fā)生粘連，導(dǎo)致一次拿起多張板材，可在上料臺旁邊加裝各種分張裝置（如磁力分張器）和檢測傳感器，確保抓取板材為單張。

定位工作臺是一個帶擋邊的傾斜平臺，臺面上分布微凸起的滾珠。機器人把鋼板轉(zhuǎn)移到定位臺上，板材受重力自由滑落到擋邊。 由于定位臺的位置及擋邊是固定的，因此機器人重新抓起板材時，板材與抓手的位置就相對精準(zhǔn)固定了，為下一步折彎提供了基準(zhǔn)。

翻面架是一個抓取裝置的固定框架。當(dāng)機器人需要換個位置拿工件時，可以把工件放到翻面架上將其固定，機器人再重新在新位置抓住工件。在一些特殊場合，也可以使用折彎機模具夾住工件后，改變抓取位置。

折彎加工單元工作流程

如圖2所示，折彎加工單元工作主要分為上料、取料、對中、翻面、折彎、堆垛六個過程。

圖2 折彎加工單元工作流程

上料：人工將需要加工的板料整垛放置到上料臺上，上料臺上安裝板料檢測開關(guān)，避免板料全部加工完后，機器人抓取托盤。

取料：機器人運行到上料臺位置，通過抓手上安裝的超聲波傳感器檢測板材的高度，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)，自動運行到合適的位置進行板料的抓取，板料抓取后，通過測厚裝置進行板料厚度的測量，避免出現(xiàn)一次抓取多張的板料，造成加工故障，測厚通過后，準(zhǔn)備對中。

對中：機器人運行到定位臺位置，將板料放置于定位臺上進行精準(zhǔn)定位（圖3），定位完成后再次抓取板料，準(zhǔn)備折彎。

圖3 板料定位

翻面：根據(jù)工藝需求判斷是否需要使用翻面架，如果需要，則將機器人運行到翻面架位置，將板料放置到翻面架上，機器人松開板料、避讓，待翻面完成后進行板料抓取。

折彎：機器人運行到折彎機位置，將板料放平到折彎機下模上，通過折彎機后擋指傳感器進行精準(zhǔn)定位，定位完成后，機器人發(fā)送折彎信號給折彎機，并協(xié)同折彎機完成折彎動作（圖4），判斷是否需要再次折彎，來決定是否進行連續(xù)折彎。折彎是重點環(huán)節(jié)，折彎的技術(shù)難點在于機器人與折彎機的配合動作，即折彎跟隨。機器人夾取或者托扶板料折彎時，板材變形、機器人需要根據(jù)特定的軌跡算法跟隨板料做圓弧動作，并與板材始終保持相對固定的位置。

圖4 板料折彎

碼垛：機器人運行到下料臺位置，因工件成形的區(qū)別，存在多種碼垛工藝動作（圖5），如常規(guī)矩陣碼垛、單雙層交叉碼垛、正反相扣碼垛等。

圖5 板料碼垛

技術(shù)要點

目前市場上不管是通用的標(biāo)準(zhǔn)六軸機器人，還是機器人臂展或形體上針對折彎工藝優(yōu)化的折彎專用機器人，都需要折彎跟隨算法支撐，不跟隨折彎的情況少之又少。沒有好的跟隨效果，夾具或者吸盤抓手會因為較差的跟隨軌跡，拉扯工件，形成板材皺紋，影響成形質(zhì)量。建立準(zhǔn)確的機器人折彎跟隨運動模型，有助于建立良好的跟隨軌跡算法，從而獲得優(yōu)異的跟隨效果。

圖6為折彎運動模型。其中，各參數(shù)分別表示為，1)上模圓弧半徑：R/mm。2)下模圓弧半徑：r/mm。3)下模開口：V/mm。4)下模角度：∠b/度。5)工件厚度：T/mm。6)中性層到工件上表面厚度：λ/mm。7)工件折彎角度∠a/度。8)折彎機從夾緊點下行量：S/mm。

圖6 折彎運動模型

根據(jù)運動模型可以計算出折彎角與折彎下行量的關(guān)系：

S={r×tan[（45°- ∠ b/4）+V/2]×sin（90°- ∠ a/2）-（r+R+T）}/cos（90°- ∠ a/2）+（r+R+T）

根據(jù)不同的機械參數(shù)，結(jié)合折彎角與折彎下行量關(guān)系的公式能得到折彎角度從180°到10°X方向和Z方向的位移變化的軌跡曲線，折彎模具及工件信息如表1所示，軌跡曲線如圖7所示。

表1 折彎模具及折彎工件必要信息

圖7 折彎角度與機器人運行軌跡關(guān)系

結(jié)束語

隨著鈑金制造業(yè)不斷發(fā)展，機器人折彎有著越來越廣闊的應(yīng)用前景，相對于開發(fā)專用折彎機器人，開發(fā)適用于通用六軸機器人的折彎跟隨模型算法，并應(yīng)用于通用機器人上，開發(fā)成本更低。配合行業(yè)中多數(shù)優(yōu)異品牌的機器人與其他輔助硬件，能夠迅速推廣機器人折彎應(yīng)用。