近幾年，工業(yè)機(jī)器人在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用案例迅速增加，主要集中在焊接、噴涂、搬運(yùn)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(xiǎn)性的工作，因此機(jī)器人折彎的市場(chǎng)前景是非常樂(lè)觀的，國(guó)外已有很多成功經(jīng)驗(yàn)。目前歐美市場(chǎng)鈑金加工車間40%～50%的折彎?rùn)C(jī)上配置機(jī)器人自動(dòng)折彎系統(tǒng)，而中國(guó)目前折彎自動(dòng)化才剛剛起步。未來(lái)10年內(nèi)，折彎?rùn)C(jī)器人在國(guó)內(nèi)需求將呈直線上升趨勢(shì)。

以機(jī)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(dòng)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(diǎn)。在折彎柔性加工單元中，選擇合適的部件組合，能夠?yàn)榧庸ば?、靈活性提供更好的支撐。折彎精度取決于折彎?rùn)C(jī)自身精度、機(jī)器人的定位精度、機(jī)器人與折彎?rùn)C(jī)的協(xié)同控制；協(xié)同控制的難點(diǎn)在于機(jī)器人與折彎?rùn)C(jī)的速度匹配，以及機(jī)器人托扶工件的運(yùn)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(jī)器人和折彎?rùn)C(jī)為核心，抓手、上料臺(tái)、下料臺(tái)、定位工作臺(tái)、翻面架、換手裝置、各種檢測(cè)傳感器為輔助部件。

圖1 折彎加工單元整體布局

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

上料臺(tái)和下料臺(tái)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(yùn)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(tái)旁邊加裝各種分張裝置（如磁力分張器）和檢測(cè)傳感器，確保抓取板材為單張。

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

翻面架是一個(gè)抓取裝置的固定框架。當(dāng)機(jī)器人需要換個(gè)位置拿工件時(shí)，可以把工件放到翻面架上將其固定，機(jī)器人再重新在新位置抓住工件。在一些特殊場(chǎng)合，也可以使用折彎?rùn)C(jī)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(duì)中、翻面、折彎、堆垛六個(gè)過(guò)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(tái)上，上料臺(tái)上安裝板料檢測(cè)開關(guān)，避免板料全部加工完后，機(jī)器人抓取托盤。

取料：機(jī)器人運(yùn)行到上料臺(tái)位置，通過(guò)抓手上安裝的超聲波傳感器檢測(cè)板材的高度，根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)，自動(dòng)運(yùn)行到合適的位置進(jìn)行板料的抓取，板料抓取后，通過(guò)測(cè)厚裝置進(jìn)行板料厚度的測(cè)量，避免出現(xiàn)一次抓取多張的板料，造成加工故障，測(cè)厚通過(guò)后，準(zhǔn)備對(duì)中。

對(duì)中：機(jī)器人運(yùn)行到定位臺(tái)位置，將板料放置于定位臺(tái)上進(jìn)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(jī)器人運(yùn)行到翻面架位置，將板料放置到翻面架上，機(jī)器人松開板料、避讓，待翻面完成后進(jìn)行板料抓取。

折彎：機(jī)器人運(yùn)行到折彎?rùn)C(jī)位置，將板料放平到折彎?rùn)C(jī)下模上，通過(guò)折彎?rùn)C(jī)后擋指?jìng)鞲衅鬟M(jìn)行精準(zhǔn)定位，定位完成后，機(jī)器人發(fā)送折彎信號(hào)給折彎?rùn)C(jī)，并協(xié)同折彎?rùn)C(jī)完成折彎動(dòng)作（圖4），判斷是否需要再次折彎，來(lái)決定是否進(jìn)行連續(xù)折彎。折彎是重點(diǎn)環(huán)節(jié)，折彎的技術(shù)難點(diǎn)在于機(jī)器人與折彎?rùn)C(jī)的配合動(dòng)作，即折彎跟隨。機(jī)器人夾取或者托扶板料折彎時(shí)，板材變形、機(jī)器人需要根據(jù)特定的軌跡算法跟隨板料做圓弧動(dòng)作，并與板材始終保持相對(duì)固定的位置。

圖4 板料折彎

碼垛：機(jī)器人運(yùn)行到下料臺(tái)位置，因工件成形的區(qū)別，存在多種碼垛工藝動(dòng)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(diǎn)

目前市場(chǎng)上不管是通用的標(biāo)準(zhǔn)六軸機(jī)器人，還是機(jī)器人臂展或形體上針對(duì)折彎工藝優(yōu)化的折彎專用機(jī)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(méi)有好的跟隨效果，夾具或者吸盤抓手會(huì)因?yàn)檩^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(jī)器人折彎跟隨運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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?rùn)C(jī)從夾緊點(diǎn)下行量：S/mm。

圖6 折彎運(yùn)動(dòng)模型

根據(jù)運(yùn)動(dòng)模型可以計(jì)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(jī)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(jī)器人運(yùn)行軌跡關(guān)系

結(jié)束語(yǔ)

隨著鈑金制造業(yè)不斷發(fā)展，機(jī)器人折彎有著越來(lái)越廣闊的應(yīng)用前景，相對(duì)于開發(fā)專用折彎?rùn)C(jī)器人，開發(fā)適用于通用六軸機(jī)器人的折彎跟隨模型算法，并應(yīng)用于通用機(jī)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(jī)器人與其他輔助硬件，能夠迅速推廣機(jī)器人折彎應(yīng)用。