金属钣金机器人自动化折弯技术的研究

金属钣金机器人自动化折弯技术的研究

钟伟华

(广东万和电气有限公司广东省佛山市528522)

摘要：机器人技术的推广，不仅可以提升我国折弯装备的集成应用水平，而且可推动高速铁路、轨道交通、家电、汽车及五金等行业自动化生产水平的提高，潜在需求十分广阔，因此进行机器人辅助折弯方面的研究具有重要的现实意义，企业的生产装备优势会随着时间的推移愈发突显，这也是企业转型升级的必由之路。基于此，本文主要对金属钣金机器人自动化折弯技术进行分析探讨。

关键词：金属钣金；机器人；自动化折弯；技术研究

前言

在当今生产制造业领域，钣金折弯成形已渗入到诸多行业，如汽车、家电、电气、厨具、电子及消费品等，在金属钣金折弯成形过程中，传统作业时每台折弯机均需要配备一名操作者。由于各行各业对产品的品种要求繁多、数量巨大，且折弯机属于危险类别较高的生产设备，安全隐患也比较大，此道生产工序愈发成为一项繁重危险度较高的体力工作，所以用机器人替代人工作业也逐渐成为必然发展趋势。

１、系统组成

机器人辅助折弯系统主要由六轴机器人、机器人手爪、移载机、进料辊道线、出料辊道线、折弯机、调面架、板料定位对中单元、后挡指位移检测单元、电控系统等组成，如图１所示。

２、工作流程

从操作台发出待加工板材的规格及数量后，待加工板材从后方立库自动输送到移栽机下方，移栽机实时检测到来料后将自动下降吸取板材并将板材运至辊道线上，辊道线将板材运至机器人侧的板料定位对中单元，对中单元与辊道线配合实现板材线体上的定位。定位完成后机器人通过手爪吸取板材到折弯机，通过机器人与折弯机之间实时通讯及产品工艺程序准确而快速地完成产品的折弯，产品折弯完成后机器人将成品放入出料辊道线，并发命令告知成品库将产品入库。本系统配备的两台机器人可同时加工同一种产品，也可同时加工不同产品，还可根据折弯机使用的刀头来选择协同加工一种产品，提高了系统的适用性与灵活性；同时在两台机器人交叉工作区内设置了硬件与软件的双重防碰撞保护，提高了系统的安全性。

２．１移栽机

主要完成从板材库送料小车依次吸取每张板材，将其放于辊道线体上。该移载机主体结构采用结构用型钢加工而成，行走机构采用电机与齿轮齿条驱动，升降机构采用伺服电机与滚珠丝杠模组驱动，手爪部分设计为框架式真空吸盘阵列，吸盘分组驱动控制。升降机构传感器能准确定位板材抓取位置，伺服电机根据板材位置信息先快速运动到板材上方２ｃｍ处，然后缓慢下移直到吸盘完全接触后吸取板材，再快速上移，同时行走机构快速移动到辊道线上方，伺服电机将板材放到辊道线上返回初始位。

２．２辊道线与对中单元

辊道线主要由驱动机构、张紧机构、工件定位机构、到位检测传感器等组成，线体采用链轮链条驱动、变频可调。对中装置位于辊道线进料方向末端，且独立于辊道线，主体结构采用伺服电机驱动双螺旋滚珠丝杠，带动挡块对工件进行对中定位夹紧。辊道线将移栽机送来的板材输送至本线体尾端，线尾传感器检测到板材时辊道线降频运行来保持辊道线运行侧的位置，并通知对中装置进行对中，对中单元可通过板材的夹持力矩判断板材在垂直于辊道运行方向的定位是否完成，当夹持力矩到达设定值时对中单元松开，等待机器人抓取。

２．３机器人手爪

根据工件尺寸及工艺要求（单边折弯、两边折弯或者四边折弯、覆平）进行分组，设计了如图３所示的手爪，手爪主要由伺服驱动模组、精密直线导轨或直线轴承、气缸、真空器件等组成。该手爪可通过伸缩变换兼容尺寸差异较大的工件，吸盘采取分组控制，并配有止回阀，防止单只吸盘漏气时影响其他吸盘吸附。

２．４调面架

主要完成翻面吸取板材或双工位协同加工时由另外一台从站机器人吸取工件，如图１所示，调面架设计为倾斜固定式Ｆ型立柱结构，台面上装有定位吸盘，吸盘采取分组控制，并配有止回阀，防止单只吸盘漏气时影响其他吸盘吸附。当需翻面折弯时，两个交换台分别配合各机器人进行折弯；需交换折弯时，可选用任何一个交换台进行折弯。

２．５折弯及跟随系统

由于待加工板材的最大尺寸为２５００ｍｍ，微小的尺寸与角度偏差都可能导致折弯尺寸不合格，因此在折弯机两后挡指侧增加了高精度位移传感器，来修正对中与机器人手爪抓取移动时的位置偏差，保证在折弯机下压折弯时的精度。因加工板材种类多，每种产品尺寸、折弯角度、位置都可能有所不同，针对折弯跟随工作量比较大的情况开发了钣金件跟随程序模块，只需几步简单的示教即可完成折弯跟随，保证了角度精度，且加工尺寸精度≤±０．１５ｍｍ，折弯角度精度≤±０．５°。

3、具体应用

（1）电液伺服数控折弯机可实现稳定及精确调整折弯工作速度的折弯机，以保证金属钣金在折弯过程中匀速稳定，避免发生速度突变导致机器人无法在短时间内急速跟随的现象。同时，对于不能将折弯机自身的刀口行程值通信给机器人的情况，则需要在折弯机上刀口（即活动刀口）安装精密丝杆与编码器传动装置，通过编码器将刀口行程值持续通信给机器人。

（2）工业机器人目前主流的工业机器人，除了四大家族以外，意大利柯玛、日本川崎重工等厂家也提供带有折弯跟随功能的机器人

（机器人本体内需安装有与编码器通信协调数据的专用板卡或模块），配合真空吸盘式抓手，可在机器人的控制器内为不同规格的产品预先录入产品编号及相应的尺寸参数，机器人即可准确对应多种规格的产品折弯作业。

（3）应用过程中需特别注意的技术参数折弯机在折弯作业时工进速度(即金属钣金开始发生折弯变形时折弯机的工作速度)，根据现场实际测试，建议设定在25mm/s以下，否则会出现机器人的运动速度滞后于金属钣金的移动速度，从而导致金属钣金从吸盘抓手上脱料。若机器人6轴法兰中心距离折弯机刀口中心尺寸较远时（通常大于300mm），则建议继续降低折弯机作业时的工进速度。

4、折弯机器人国内应用现状与不足

目前我国包括厦门ABB开关有限公司、东莞嘉利公司等大型的电气柜、家电的生产制造企业已将机器人折弯应用到实际的生产作业中，但仍有更多的金属钣金制造企业尚未实现或正在筹划这一环节的自动化应用方案。很多企业还属于中小企业，所生产的产品规格不固定、产量偏少且不稳定，则折弯机需要经常更换及调整上下模刀口导致基准位置发生变化，机器人就需要反复校准，使得机器人作业的优势不能充分体现，最终机器人自动化折弯系统在中小企业范围内未得到广泛推行实施。

结语

机器人自动折弯仅作为机器人在制造业中高端智能化的其中一个环节，随着中国制造2025及全球工业化4.0的全面推进，未来对机器人提出智能化要求的领域将越来越广泛，且每个领域内均会有其独特的技术要求，逐步充实着工业机器人的拟人化作业功能。配合完善的3D视觉设备、力矩传感器等外部输入元件，未来每台工业机器人都将变成一台半人化设备，实现的将不仅仅是无人化工厂，甚至是具备一定程度自主协调能力的设备，更进一步保障了生产线产品的多元化、随机化的生产要求。

参考文献：

［1］齐俊河．我国冲压、钣金行业的发展现状［N］．世界金属导报，2011-03-01(18)．

[2]倪建成.冲压自动化生产线技术特点浅析[J].锻压装备与制造技术，2014，49（2）.

[3]桂方亮.机器人冲压生产线重力对中台的柔性化改造方案探讨[J].锻压装备与制造技术，2015，50（4）.

作者信息：钟伟华，身份证号码：43042219801009xxxx