機器人折彎單元的技術(shù)特點及應(yīng)用
2019-7-26 來源： 作者：
當前，智能化、柔性化加工技術(shù)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(huán)境下應(yīng)運而生。
一、鈑金行業(yè)折彎工藝現(xiàn)狀分析
在鈑金行業(yè)，大多數(shù)企業(yè)目前還從事著傳統(tǒng)的折彎工藝。在生產(chǎn)過程中，由于產(chǎn)品多品種、多規(guī)格、小批量，仍然需要多臺折彎機和大量的技術(shù)熟練、經(jīng)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(xù)性而導(dǎo)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(wěn)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(dǎo)致成品質(zhì)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(yè)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(fā)生工傷事故。
現(xiàn)在，鈑金設(shè)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(guān)要求還存在著較大差距，在“智能化生產(chǎn)、個性化定制、服務(wù)化延伸和網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同”等方面還需要鈑金設(shè)備制造細分領(lǐng)域和需方的共同創(chuàng)新開拓，這種創(chuàng)新開拓和推廣應(yīng)用就是生產(chǎn)力的又一次提高和解放。
二、鈑金行業(yè)傳統(tǒng)折彎需要解決的問題
鈑金行業(yè)傳統(tǒng)折彎需要解決如下問題：（1）不能實現(xiàn)多品種、小批量、快速切換；（2）鈑金行業(yè)高精度工件折彎加工精度低，質(zhì)量不穩(wěn)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(shù)控折彎機、德國KUKA6軸機器人及第七軸導(dǎo)軌、上料工位、磁性板料分離裝置、預(yù)對位定位工作臺、板料翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、上料抓手、成品堆垛、模具庫、離線編程軟件、參數(shù)化編程軟件和二次開發(fā)的折彎軟件以及延伸服務(wù)等。
圖1 機器人折彎單元
三、機器人折彎單元技術(shù)特點
1．設(shè)計研發(fā)
設(shè)計研發(fā)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(wù)，在每個技術(shù)方案的制定中與客戶進行詳細的技術(shù)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(xiàn)場打樣試驗；四是對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后，再進行技術(shù)方案的制定，在技術(shù)方案和方案圖得到客戶認可后就進行全面設(shè)計。
LAG葛世國際機器人折彎單元（見圖2、圖3）在設(shè)計上采用先進的三維設(shè)計，在材料、結(jié)構(gòu)、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(shù)化編程、離線編程、生產(chǎn)管理軟件和總線控制技術(shù)方面全部采用和選用國際一流品牌軟硬件。折彎機機身設(shè)計方面采用了目前世界上較先進的設(shè)計軟件和設(shè)計方法進行結(jié)構(gòu)力學(xué)分析，憑借多年的設(shè)計經(jīng)驗和對折彎機框架結(jié)構(gòu)特征的了解，對各受力點進行有限元分析，實現(xiàn)了對折彎機的側(cè)肩、上橫梁、下梁及下橫梁各結(jié)構(gòu)點的力學(xué)分析，充分保證了機床設(shè)計的合理性、可靠性和穩(wěn)定性。
圖2 機器人折彎單元三維設(shè)計-單機
圖3 機器人折彎單元三維設(shè)計-雙機
機器人折彎單元的設(shè)計旨在用最新的技術(shù)（軟件、硬件），實現(xiàn)智能化產(chǎn)品概念，以便在生產(chǎn)過程中進行實時數(shù)據(jù)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(chǎn)的工藝難題，解決了如電梯行業(yè)的多產(chǎn)品、小批量（5-10件）、多品種零件的快速切換生產(chǎn)問題。（2）解決了產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、制件精度低、產(chǎn)品一致性差的問題。（3）解決了生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)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(yè)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(jié)構(gòu)
傳統(tǒng)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(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)，而是采用獨家的機架鉚接技術(shù)，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(jié)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(yīng)力變形，保持機床精度的長久穩(wěn)定性。
其結(jié)構(gòu)特點：（1）確保了機器無焊接應(yīng)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(shù)
3．傳感器技術(shù)（精密電位計）應(yīng)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(tài)時，將上、下橫梁的變形量實時準確地反饋到數(shù)控系統(tǒng)（PC），數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過計算比對后，輸出相應(yīng)的補償值驅(qū)動補償油缸進行動態(tài)補償，以獲得滿意的制件精度。
圖5 傳感器應(yīng)用
4．補償技術(shù)
G-FLEX墻板比例型變補償系統(tǒng)為一項專利補償技術(shù)，該補償系統(tǒng)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(fā)生任何變化，都能保證每次折彎角度在全長內(nèi)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(tǒng)通過閉環(huán)控制，在板厚一定的折彎情況下簡化了復(fù)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(yù)。可實現(xiàn)最高折彎精度，最好穩(wěn)定性，可實時動態(tài)補償。
四、折彎隨動技術(shù)
LAG葛世國際機器人折彎單元在折彎過程中，應(yīng)對不同大小和板厚的工件，可根據(jù)折彎機滑塊的運行速度進行自動跟隨（見圖6），自動調(diào)整。該技術(shù)由意大利LAG葛世專用機器人折彎應(yīng)用軟件包LK-RBC-Rev4.0來實現(xiàn)。
圖6 折彎隨動
五、激光角度測量技術(shù)
AMS角度測量系統(tǒng)（見圖7）通過閉環(huán)的激光角度在線測量系統(tǒng)，在機器人自動折彎過程中，AMS的自動應(yīng)用程序及內(nèi)置激光角度測量裝置的自動角度測量系統(tǒng)與G-CS系統(tǒng)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(tǒng)自動計算折彎回彈量；（3）件根據(jù)下模寬度的不同可自動調(diào)整進深；（4）通過閉環(huán)的激光角度在線測量系統(tǒng)，保證折彎成品率達到99.5%以上。
圖7 AMS角度測量系統(tǒng)
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(lǐng)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(tǒng)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(chǎn)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(tǒng)的現(xiàn)狀；在該界面的右邊，有一個圖形表示模具的狀態(tài)，對這些模具當前的位置進行分區(qū)。（2）整個界面包括折彎上模區(qū)域、折彎下模區(qū)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(qū)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(xiàn)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(chǎn)品管理、模具庫管理、模具設(shè)置管理等圖標，會彈出一個相應(yīng)的窗口，以便對相關(guān)任務(wù)進行設(shè)置或管理。
圖10 模具管理
按下設(shè)置圖標可以打開管理設(shè)置的條框。注：如采用機器人自動換模系統(tǒng)，模具上配置專用換模接口及專用模具庫。
七、數(shù)控順序折彎技術(shù)
數(shù)控順序折彎技術(shù)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(tǒng)（見圖11）。該裝置由一套帶軌道的兩組數(shù)控前推料裝置運行系統(tǒng)構(gòu)成，位移由傳感器傳輸反饋，整個運行由數(shù)控系統(tǒng)控制，控制軸由X3\X4及Z3\Z4組成。通過配置位移的數(shù)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(guān)鍵尺寸在可控誤差之內(nèi)，提高制件精度和效率。
圖11 順序折彎
八、軟件及控制
在機器人折彎單元中我們應(yīng)用了參數(shù)化編程軟件、離線編程軟件（見圖12）和生產(chǎn)管理軟件，同時二次開發(fā)了折彎隨動、自動換模、自動換抓手、柔性碼垛、實時補償、板邊尋邊、柔性翻轉(zhuǎn)技術(shù)和總線控制技術(shù)。可極大地滿足各類客戶鈑金折彎的技術(shù)和軟件需求。
圖12 離線編程
九、結(jié)束語
隨著我國機械工業(yè)整體水平的提高，鈑金制造業(yè)對生產(chǎn)設(shè)備將會出現(xiàn)一個新層次的要求。最終，能為用戶排憂解難的設(shè)備將會獲得用戶的青睞。LAG葛世國際機器人折彎單元具有適合客戶的生產(chǎn)方式，最好地硬件及軟件結(jié)合，適合客戶多品種、小批量、快速切換和無需首片試制的特點。
來源：《世界制造技術(shù)與裝備市場（WMEM）》
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