折弯机器人工作站在薄板件折弯上的应用

钣金零件广泛应用于航空、家电、电力、消防和仪器仪表等行业。折弯作为一种重要的钣金成形方法，折弯工艺的好坏直接影响产品最终成形质量和外观。目前折弯主要采取人工辅助的方式，劳动强度大，生产效率低。为解决上述问题，急需提升该工艺的自动化、信息化和智能化水平，机器人代替人工的方式已成为行业未来的主要发展趋势。本文针对公司具体情况，采用折弯机器人工作站的形式，结合现有的一台数控折弯机进行改造，使其具有一定的柔性生产能力，可适用于多品种、小批量生产。现有生产模式在薄板件的折弯工序中，所用板材上下料为传统的人工传送方式。存在的主要问题有：最大的工件板材厚度为3mm，1325mm×651mm的大尺寸工件，工件质量接近27kg，这类产品的折弯作业人工操作难度大，需要的体力劳动强度高，且具有潜在的安全隐患风险。工艺流程一个完整的工作流程主要包括取料、折弯、堆垛三个阶段，如图1所示。首先将待加工板料、成品摆放台放置完毕，启动系统；其次机器人从上料装置上抓料放置于对中系统中；然后机器人从对中系统中抓取板料，送入折弯机，折弯机跟随折弯。多道折弯时，机器人旋转手臂，将另一待折部位送入折弯机进行折弯，折弯机再次跟随折弯。最后机器人将折弯完成的工件，抓取送入成品摆放台，码放整齐。图1加工流程图系统构成及各单元设计结合现有的数控折弯机周围空间，完成自动化折弯的各功能区域的布局；主要由六轴机器人、端拾器（机器人手爪）、上料装置、成品码料装置、折弯机（现有）、翻面架、板料定位对中单元（重力对中台）、后挡指位移检测单元、电控系统组成，如图2所示。图2各功能区域布局机器人选型：分析选定的产品对象，最大的工件板材厚度为3mm，1325mm×651mm的大尺寸工件，工件重量接近27kg，对此尺寸与重量，在综合估算了机器人手臂活动范围及作业区间尺寸的匹配性、抓手自重以及抓取钢板后的重心偏离因素、机器人末端有效负载衰减等因素后，选择了六轴机器人，末端持重≥80kg，工作半径≥2.5m。端拾器的设计：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）进行分组，对端拾器的数量及结构提出了设计要求，共需3副端拾器（具体尺寸见表1），端拾器主要由伺服驱动模组、气缸、真空器件组成，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作用。表1三副端拾器尺寸上料拆垛机构的要求：拆垛机构要求实现料垛的粗定位、实现不同规格物料的上下层物料在端拾器抓取物料时有效分离，当料垛上剩最后一块板料时需能检测。本项目采用强力磁性分张装置，实现L形方向上的上层物料轻松分离，磁力分张装置的数量和尺寸可确保各种规格的料坯完全分离；同时料台上配有光电传感器，无料时报警提示。系统采用测量料厚的方式，实现端拾器抓取物料后的双料检测功能。重力对中台及翻面系统：重力对中台包含直角对边框、重力滑台以及定位检测装置。物料到达重力对中机构上，做一个短暂停顿，物料在重力滑台上利用工件自重下滑至滑台直角对边框，再通过定位检测传感器确认板料的位置，以供机器人准确的抓取物料。同时采用滚珠式结构，减少滑动过程中的摩擦，以避免对工件表面形成划伤。翻面系统可实现物料码垛时正反两面扣放，例如仪表架面板的两件相扣码放成品料。对折弯机的改造：一是实施了折弯机与机器人的通讯改造；二是对折弯机后挡部位进行改造。经过多次调研分析，最终确定采用四个后挡（手工折弯时为两个后挡）适应长度不同工件的需求，在后挡上采用高精度位移传感器及通讯模块，保证在折弯机下压折弯时的精度。实现自动化折弯过程中的全闭环自动板料对正，如图3所示。图3后挡改造图折弯及跟随系统：设备厂家提供了一种实现折弯机器人折弯实时跟随的方法，该方法以折弯机槽口边为轴建立一个外部坐标系。首先，在折弯机槽口任意选择两个点，使得点连线与槽口边重合，然后设定第三点，将其定义为外部坐标系的平面内的点，外部坐标系的轴向量定义为指向，根据相应公式计算出外部轴坐标系轴向量。折弯机开始折弯时把机器人坐标系切换到外部坐标系，并实时计算折弯角度，根据折弯角度旋转外部坐标系的轴，机器人为维持自身位置在外部坐标系下不变，跟随轴旋转，如图4所示。图4机器人跟随系统吸盘的选择：因为在折弯过程中存在翻转、跟随等复杂动作，物料常处于竖直或在吸盘上方的状态，在选用吸盘时，应充分考虑侧向摩擦力和其材质硬度等因素，将物料相对吸盘的偏移、吸盘本身的变形影响降到最低。安全防护装置：机器人工作范围内由安全护栏及相关设备形成一个封闭区域。并配有三色灯提示系统，作为安全系统的辅助工具；总控能够在机器人、折弯机等设备启停、故障、换料、上下料以及安全报警等各种异常状况发生时及时停机，并报警提示。结束语该设备经过改造后基本功能均已得到了验证，该项目的实施，为国产机器人在本公司的首次应