折彎機(jī)器人工作站在薄板件折彎上的應(yīng)用

鈑金零件廣泛應(yīng)用于航空、家電、電力、消防和儀器儀表等行業(yè)。折彎作為一種重要的鈑金成形方法，折彎工藝的好壞直接影響產(chǎn)品最終成形質(zhì)量和外觀。目前折彎主要采取人工輔助的方式，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低。為解決上述問題，急需提升該工藝的自動(dòng)化、信息化和智能化水平，機(jī)器人代替人工的方式已成為行業(yè)未來的主要發(fā)展趨勢。本文針對公司具體情況，采用折彎機(jī)器人工作站的形式，結(jié)合現(xiàn)有的一臺(tái)數(shù)控折彎機(jī)進(jìn)行改造，使其具有一定的柔性生產(chǎn)能力，可適用于多品種、小批量生產(chǎn)。現(xiàn)有生產(chǎn)模式在薄板件的折彎工序中，所用板材上下料為傳統(tǒng)的人工傳送方式。存在的主要問題有：最大的工件板材厚度為3mm，1325mm×651mm的大尺寸工件，工件質(zhì)量接近27kg，這類產(chǎn)品的折彎作業(yè)人工操作難度大，需要的體力勞動(dòng)強(qiáng)度高，且具有潛在的安全隱患風(fēng)險(xiǎn)。工藝流程一個(gè)完整的工作流程主要包括取料、折彎、堆垛三個(gè)階段，如圖1所示。首先將待加工板料、成品擺放臺(tái)放置完畢，啟動(dòng)系統(tǒng)；其次機(jī)器人從上料裝置上抓料放置于對中系統(tǒng)中；然后機(jī)器人從對中系統(tǒng)中抓取板料，送入折彎機(jī)，折彎機(jī)跟隨折彎。多道折彎時(shí)，機(jī)器人旋轉(zhuǎn)手臂，將另一待折部位送入折彎機(jī)進(jìn)行折彎，折彎機(jī)再次跟隨折彎。最后機(jī)器人將折彎完成的工件，抓取送入成品擺放臺(tái)，碼放整齊。圖1加工流程圖系統(tǒng)構(gòu)成及各單元設(shè)計(jì)結(jié)合現(xiàn)有的數(shù)控折彎機(jī)周圍空間，完成自動(dòng)化折彎的各功能區(qū)域的布局；主要由六軸機(jī)器人、端拾器（機(jī)器人手爪）、上料裝置、成品碼料裝置、折彎機(jī)（現(xiàn)有）、翻面架、板料定位對中單元（重力對中臺(tái)）、后擋指位移檢測單元、電控系統(tǒng)組成，如圖2所示。圖2各功能區(qū)域布局機(jī)器人選型：分析選定的產(chǎn)品對象，最大的工件板材厚度為3mm，1325mm×651mm的大尺寸工件，工件重量接近27kg，對此尺寸與重量，在綜合估算了機(jī)器人手臂活動(dòng)范圍及作業(yè)區(qū)間尺寸的匹配性、抓手自重以及抓取鋼板后的重心偏離因素、機(jī)器人末端有效負(fù)載衰減等因素后，選擇了六軸機(jī)器人，末端持重≥80kg，工作半徑≥2.5m。端拾器的設(shè)計(jì)：根據(jù)工件尺寸及工藝要求（單邊折彎、兩邊折彎或者四邊折彎）進(jìn)行分組，對端拾器的數(shù)量及結(jié)構(gòu)提出了設(shè)計(jì)要求，共需3副端拾器（具體尺寸見表1），端拾器主要由伺服驅(qū)動(dòng)模組、氣缸、真空器件組成，吸盤采取分組控制，并配有止回閥，防止單只吸盤漏氣時(shí)影響其他吸盤吸附作用。表1三副端拾器尺寸上料拆垛機(jī)構(gòu)的要求：拆垛機(jī)構(gòu)要求實(shí)現(xiàn)料垛的粗定位、實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格物料的上下層物料在端拾器抓取物料時(shí)有效分離，當(dāng)料垛上剩最后一塊板料時(shí)需能檢測。本項(xiàng)目采用強(qiáng)力磁性分張裝置，實(shí)現(xiàn)L形方向上的上層物料輕松分離，磁力分張裝置的數(shù)量和尺寸可確保各種規(guī)格的料坯完全分離；同時(shí)料臺(tái)上配有光電傳感器，無料時(shí)報(bào)警提示。系統(tǒng)采用測量料厚的方式，實(shí)現(xiàn)端拾器抓取物料后的雙料檢測功能。重力對中臺(tái)及翻面系統(tǒng)：重力對中臺(tái)包含直角對邊框、重力滑臺(tái)以及定位檢測裝置。物料到達(dá)重力對中機(jī)構(gòu)上，做一個(gè)短暫停頓，物料在重力滑臺(tái)上利用工件自重下滑至滑臺(tái)直角對邊框，再通過定位檢測傳感器確認(rèn)板料的位置，以供機(jī)器人準(zhǔn)確的抓取物料。同時(shí)采用滾珠式結(jié)構(gòu)，減少滑動(dòng)過程中的摩擦，以避免對工件表面形成劃傷。翻面系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)物料碼垛時(shí)正反兩面扣放，例如儀表架面板的兩件相扣碼放成品料。對折彎機(jī)的改造：一是實(shí)施了折彎機(jī)與機(jī)器人的通訊改造；二是對折彎機(jī)后擋部位進(jìn)行改造。經(jīng)過多次調(diào)研分析，最終確定采用四個(gè)后擋（手工折彎時(shí)為兩個(gè)后擋）適應(yīng)長度不同工件的需求，在后擋上采用高精度位移傳感器及通訊模塊，保證在折彎機(jī)下壓折彎時(shí)的精度。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化折彎過程中的全閉環(huán)自動(dòng)板料對正，如圖3所示。圖3后擋改造圖折彎及跟隨系統(tǒng)：設(shè)備廠家提供了一種實(shí)現(xiàn)折彎機(jī)器人折彎實(shí)時(shí)跟隨的方法，該方法以折彎機(jī)槽口邊為軸建立一個(gè)外部坐標(biāo)系。首先，在折彎機(jī)槽口任意選擇兩個(gè)點(diǎn)，使得點(diǎn)連線與槽口邊重合，然后設(shè)定第三點(diǎn)，將其定義為外部坐標(biāo)系的平面內(nèi)的點(diǎn)，外部坐標(biāo)系的軸向量定義為指向，根據(jù)相應(yīng)公式計(jì)算出外部軸坐標(biāo)系軸向量。折彎機(jī)開始折彎時(shí)把機(jī)器人坐標(biāo)系切換到外部坐標(biāo)系，并實(shí)時(shí)計(jì)算折彎角度，根據(jù)折彎角度旋轉(zhuǎn)外部坐標(biāo)系的軸，機(jī)器人為維持自身位置在外部坐標(biāo)系下不變，跟隨軸旋轉(zhuǎn)，如圖4所示。圖4機(jī)器人跟隨系統(tǒng)吸盤的選擇：因?yàn)樵谡蹚澾^程中存在翻轉(zhuǎn)、跟隨等復(fù)雜動(dòng)作，物料常處于豎直或在吸盤上方的狀態(tài)，在選用吸盤時(shí)，應(yīng)充分考慮側(cè)向摩擦力和其材質(zhì)硬度等因素，將物料相對吸盤的偏移、吸盤本身的變形影響降到最低。安全防護(hù)裝置：機(jī)器人工作范圍內(nèi)由安全護(hù)欄及相關(guān)設(shè)備形成一個(gè)封閉區(qū)域。并配有三色燈提示系統(tǒng)，作為安全系統(tǒng)的輔助工具；總控能夠在機(jī)器人、折彎機(jī)等設(shè)備啟停、故障、換料、上下料以及安全報(bào)警等各種異常狀況發(fā)生時(shí)及時(shí)停機(jī)，并報(bào)警提示。結(jié)束語該設(shè)備經(jīng)過改造后基本功能均已得到了驗(yàn)證，該項(xiàng)目的實(shí)施，為國產(chǎn)機(jī)器人在本公司的首次應(yīng)