機(jī)器人折彎單元的技術(shù)特點及應(yīng)用
2019-7-26 來源： 作者：
當(dāng)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(xì)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(qiáng)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(jī)器人折彎單元（見圖1）來解決，這套單元包含：數(shù)控折彎機(jī)、德國KUKA6軸機(jī)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(jī)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(jī)器人折彎單元
三、機(jī)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(biāo)為第一要務(wù)，在每個技術(shù)方案的制定中與客戶進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)交流；二是對客戶提供的工件加工圖紙進(jìn)行計算機(jī)模擬分析；三是對客戶的典型工件進(jìn)行現(xiàn)場打樣試驗；四是對客戶的工件進(jìn)行分類分析和數(shù)據(jù)處理。在確認(rèn)上述程序性工作完成后，再進(jìn)行技術(shù)方案的制定，在技術(shù)方案和方案圖得到客戶認(rèn)可后就進(jìn)行全面設(shè)計。
LAG葛世國際機(jī)器人折彎單元（見圖2、圖3）在設(shè)計上采用先進(jìn)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(jī)機(jī)身設(shè)計方面采用了目前世界上較先進(jìn)的設(shè)計軟件和設(shè)計方法進(jìn)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(jī)框架結(jié)構(gòu)特征的了解，對各受力點進(jìn)行有限元分析，實現(xiàn)了對折彎機(jī)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(jī)床設(shè)計的合理性、可靠性和穩(wěn)定性。
圖2 機(jī)器人折彎單元三維設(shè)計-單機(jī)
圖3 機(jī)器人折彎單元三維設(shè)計-雙機(jī)
機(jī)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(jìn)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(qiáng)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(jī)架結(jié)構(gòu)
傳統(tǒng)折彎機(jī)一般采用焊接式機(jī)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(jī)器人折彎單元中的折彎機(jī)機(jī)架（見圖4）沒有采用焊接機(jī)架結(jié)構(gòu)，而是采用獨家的機(jī)架鉚接技術(shù)，下橫梁（工作臺）與立柱之間采用高強(qiáng)度鋼螺栓緊固連接，這種柔性連結(jié)充分保證了機(jī)身在高強(qiáng)度載荷情況下，能極大程度地降低機(jī)架應(yīng)力變形，保持機(jī)床精度的長久穩(wěn)定性。
其結(jié)構(gòu)特點：（1）確保了機(jī)器無焊接應(yīng)力變形；（2）提高了機(jī)器裝配精度；（3）提高了機(jī)器使用壽命；（4）大幅提高了液壓補償精度。
圖4 機(jī)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(jī)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(zhǔn)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(jìn)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)滑塊的運行速度進(jìn)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(jī)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(jī)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(jìn)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(dá)到99.5%以上。
圖7 AMS角度測量系統(tǒng)
六、機(jī)器人自動（ATC）換抓手、換模
機(jī)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(jī)器人和模具庫（見圖9）組成。當(dāng)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(jī)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(jī)中的模具不再成為限制因素，可全程無人處理部件。機(jī)器人自動機(jī)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(dāng)前的位置進(jìn)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(jī)上所裝模具的詳細(xì)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(biāo)，會彈出一個相應(yīng)的窗口，以便對相關(guān)任務(wù)進(jìn)行設(shè)置或管理。
圖10 模具管理
按下設(shè)置圖標(biāo)可以打開管理設(shè)置的條框。注：如采用機(jī)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(jìn)行折彎，即使工件落料尺寸達(dá)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(jī)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(jī)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(jī)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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