金屬鈑金機(jī)器人自動(dòng)化折彎技術(shù)的研究

李 敏

（甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730207）

金屬鈑金是當(dāng)前工業(yè)制造領(lǐng)域中常用的材料，根據(jù)不同需求需要得到不同的形狀。在目前的成形工藝當(dāng)中，主要包括焊接、鉚接、折彎?rùn)C(jī)折彎、拉伸成形、沖裁落料、激光切割下料、裁切下料等。其中鈑金折彎成形，是生產(chǎn)制造業(yè)領(lǐng)域中比較常用的，在很多具體行業(yè)中都有所應(yīng)用，如電子消費(fèi)品、出具、電氣、家電、汽車(chē)等。傳統(tǒng)的金屬鈑金折彎成形作業(yè)，需要對(duì)每臺(tái)折彎?rùn)C(jī)分別配備1名工作人員。而由于行業(yè)中對(duì)產(chǎn)品種類(lèi)有較多要求，且數(shù)量較大，另外折彎?rùn)C(jī)是一種具有較高危險(xiǎn)類(lèi)別的生產(chǎn)設(shè)備，存在較大安全隱患。所以這一道工序也屬于繁重、危險(xiǎn)的體力勞動(dòng)。因此，為了提高工作效率，確保工作安全，采用機(jī)器人對(duì)人工作業(yè)加以替代，具有重要的意義。

1 金屬鈑金折彎成形中相關(guān)尺寸

在金屬鈑金折彎當(dāng)中，涉及到的尺寸數(shù)據(jù)包括t：鈑金厚度尺寸；r：折彎?rùn)C(jī)上刀口頂尖處R角半徑；d：折彎?rùn)C(jī)下刀口凹槽深度尺寸；b：折彎?rùn)C(jī)下刀口上開(kāi)口最大尺寸；r’：折彎?rùn)C(jī)下刀口上開(kāi)口處R角半徑；dp：鈑金下平面壓入下刀口凹槽深度值。在金屬鈑金折彎成形的過(guò)程中，0＜dp＜r+t；dp=r+t；r+t＜dp＜r+t+r；dp=r+t+r’；dp＞r+t+r’。

機(jī)器人折彎動(dòng)作算法原理方面，折彎?rùn)C(jī)對(duì)金屬鈑金折壓的時(shí)候，上刀口在不同深度范圍下降中，機(jī)器人動(dòng)作位置參考點(diǎn)，產(chǎn)生不同的相對(duì)幾何關(guān)系式[1]。機(jī)器人折彎工作中，對(duì)刀口下降位移位置持續(xù)監(jiān)控，以上刀口壓入下刀口凹槽深度的深度值，利用相應(yīng)幾何關(guān)系式計(jì)算。通過(guò)計(jì)算得出鈑金成形時(shí)參考位置點(diǎn)位移偏移量，對(duì)新的參考位置點(diǎn)進(jìn)行賦值。同時(shí)移動(dòng)到新的參考位置點(diǎn)方向，進(jìn)而完成跟隨的動(dòng)作。機(jī)器人監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)上刀口壓入深度值，比預(yù)先設(shè)定下刀口凹槽深度尺寸大為止，就完成了1個(gè)完整折彎動(dòng)作。

根據(jù)動(dòng)態(tài)工具坐標(biāo)系+位于R角上動(dòng)態(tài)作業(yè)點(diǎn)理論，假設(shè)機(jī)器人作業(yè)初始點(diǎn)為P0，在作業(yè)過(guò)程中，機(jī)器人始終有一個(gè)動(dòng)態(tài)作業(yè)點(diǎn)，設(shè)為點(diǎn)P’，位置始終在下刀口肩部R角上。機(jī)器人作業(yè)點(diǎn)P’，從P0點(diǎn)開(kāi)始，在R角圓角移動(dòng)，到達(dá)圓角另一端為運(yùn)動(dòng)重點(diǎn)，設(shè)為點(diǎn)P。此時(shí)剛好達(dá)到最大折彎要求深度。在機(jī)器人折彎操作當(dāng)中，鈑金陷入下刀口凹槽會(huì)發(fā)生延長(zhǎng)，在機(jī)器人移動(dòng)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)補(bǔ)償凹槽內(nèi)鈑金長(zhǎng)度。利用改變動(dòng)態(tài)工具坐標(biāo)系，隨著金屬鈑金折彎當(dāng)中向下刀口凹槽壓入深度的增加，產(chǎn)生越大的工具坐標(biāo)系偏移值。因此機(jī)器人在跟隨移動(dòng)的時(shí)候，通過(guò)不斷將更多的鈑金物料補(bǔ)償?shù)较碌犊诎疾壑小Ｍㄟ^(guò)動(dòng)態(tài)工具坐標(biāo)系+位于R角動(dòng)態(tài)作業(yè)點(diǎn)，使得機(jī)器人作業(yè)點(diǎn)準(zhǔn)確性得到了確保，在鈑金折彎過(guò)程中發(fā)生延伸而產(chǎn)生的補(bǔ)償物料需求也能夠得到滿(mǎn)足。

2 金屬鈑金機(jī)器人自動(dòng)化折彎技術(shù)應(yīng)用

2.1 電液伺服數(shù)控折彎?rùn)C(jī)

電液伺服數(shù)控折彎?rùn)C(jī)，能夠?qū)φ蹚澒ぷ魉俣冗M(jìn)行精確、穩(wěn)定的調(diào)整，進(jìn)而確保在金屬鈑金折彎操作中，保持穩(wěn)定、勻速的作業(yè)，防止由于速度突然變化而造成段時(shí)間內(nèi)機(jī)器人不能快速跟隨的情況。另外，由于對(duì)折彎?rùn)C(jī)本身刀口行程信息，無(wú)法向機(jī)器人隨時(shí)通信的問(wèn)題，可采用精密絲桿、編碼器傳動(dòng)裝置等，在折彎?rùn)C(jī)上刀口進(jìn)行安裝，利用編碼器向機(jī)器人持續(xù)通信刀口行程信息，從而實(shí)現(xiàn)良好的自動(dòng)化折彎操作。

2.2 工業(yè)機(jī)器人

工業(yè)機(jī)器人是當(dāng)前應(yīng)用比較廣泛的情況，當(dāng)前常見(jiàn)的工業(yè)機(jī)器人，除了傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人四大家族之外，還包括日本川崎重工、意大利柯瑪?shù)葟S家，也能夠?qū)哂姓蹚澑S功能的機(jī)器人進(jìn)行提供，在機(jī)器人本體當(dāng)中，對(duì)能夠協(xié)調(diào)編碼器通信數(shù)據(jù)的專(zhuān)用模塊或?qū)Ｓ冒蹇╗2]。同時(shí)對(duì)機(jī)器人配備真空吸盤(pán)式抓手，針對(duì)不同規(guī)格的產(chǎn)品，預(yù)先將產(chǎn)品尺寸參數(shù)、產(chǎn)品編號(hào)等錄入到機(jī)器人控制器當(dāng)中，機(jī)器人就能夠根據(jù)相應(yīng)的產(chǎn)品規(guī)格，完成折彎作業(yè)操作。

2.3 應(yīng)用中注意技術(shù)參數(shù)

在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，對(duì)于一些重要的技術(shù)參數(shù)應(yīng)加以注意。在折彎?rùn)C(jī)工作當(dāng)中，要充分注意工進(jìn)速度，也就是金屬鈑金開(kāi)始折彎變形時(shí)的折彎?rùn)C(jī)工作速度。經(jīng)實(shí)踐測(cè)量認(rèn)為，設(shè)定速度應(yīng)不超過(guò)25mm/s，如果速度過(guò)快，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度將比金屬鈑金移動(dòng)速度更慢，其就可能從吸盤(pán)抓手上脫料。如果機(jī)器人6軸法蘭中心，和折彎?rùn)C(jī)刀口中心尺寸有較大的距離，超過(guò)了300mm時(shí)，應(yīng)當(dāng)將折彎?rùn)C(jī)作業(yè)時(shí)工進(jìn)速度降低，避免出現(xiàn)問(wèn)題[3]。

3 折彎?rùn)C(jī)器人實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)狀與不足之處

在我國(guó)，目前對(duì)于金屬鈑金折彎?rùn)C(jī)器人的應(yīng)用正逐漸廣泛，例如東莞嘉利公司、廈門(mén)ABB開(kāi)關(guān)有限公司等大型家電、電器柜生產(chǎn)制造企業(yè)，都在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中應(yīng)用了金屬鈑金機(jī)器人自動(dòng)化折彎技術(shù)。但是也有很多金屬鈑金制造企業(yè)剛剛開(kāi)始籌劃自動(dòng)化折彎技術(shù)，或是還沒(méi)有開(kāi)始應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)。其中主要以中先行企業(yè)為主，由于生產(chǎn)產(chǎn)品不具有固定規(guī)格，產(chǎn)量相對(duì)較少，同時(shí)穩(wěn)定性低，因此需要經(jīng)常調(diào)整和更換折彎?rùn)C(jī)上下模刀口，進(jìn)而會(huì)改變基準(zhǔn)位置。如果利用折彎?rùn)C(jī)器人，還需要反復(fù)校準(zhǔn)機(jī)器人參數(shù)，因而無(wú)法充分發(fā)揮出機(jī)器人作業(yè)優(yōu)勢(shì)。所以，在當(dāng)前很多中小型企業(yè)當(dāng)中，對(duì)于金屬鈑金機(jī)器人自動(dòng)化折彎技術(shù)的推廣應(yīng)用，仍存在著一定的問(wèn)題和不足，在未來(lái)的發(fā)展中，也應(yīng)注意對(duì)這一方面的研究和改進(jìn)。

4 結(jié)論

金屬鈑金機(jī)器人自動(dòng)折彎技術(shù)，是機(jī)器人制造業(yè)高端智能化發(fā)展中的一個(gè)部分。隨著全球工業(yè)化4.0進(jìn)程的不斷深入推行，對(duì)于機(jī)器人智能化的要求將不斷提高。在不同的領(lǐng)域當(dāng)中，也會(huì)有不同的技術(shù)要求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)人工的替代。

在金屬鈑金機(jī)器人自動(dòng)化折彎技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，要充分考慮到實(shí)際需求，認(rèn)識(shí)到應(yīng)用中的問(wèn)題，使其能夠發(fā)揮更大的優(yōu)勢(shì)。