金属钣金机器人自动化折弯技术的研究

李 敏

（甘肃能源化工职业学院，甘肃 兰州 730207）

金属钣金是当前工业制造领域中常用的材料，根据不同需求需要得到不同的形状。在目前的成形工艺当中，主要包括焊接、铆接、折弯机折弯、拉伸成形、冲裁落料、激光切割下料、裁切下料等。其中钣金折弯成形，是生产制造业领域中比较常用的，在很多具体行业中都有所应用，如电子消费品、出具、电气、家电、汽车等。传统的金属钣金折弯成形作业，需要对每台折弯机分别配备1名工作人员。而由于行业中对产品种类有较多要求，且数量较大，另外折弯机是一种具有较高危险类别的生产设备，存在较大安全隐患。所以这一道工序也属于繁重、危险的体力劳动。因此，为了提高工作效率，确保工作安全，采用机器人对人工作业加以替代，具有重要的意义。

1 金属钣金折弯成形中相关尺寸

在金属钣金折弯当中，涉及到的尺寸数据包括t：钣金厚度尺寸；r：折弯机上刀口顶尖处R角半径；d：折弯机下刀口凹槽深度尺寸；b：折弯机下刀口上开口最大尺寸；r’：折弯机下刀口上开口处R角半径；dp：钣金下平面压入下刀口凹槽深度值。在金属钣金折弯成形的过程中，0＜dp＜r+t；dp=r+t；r+t＜dp＜r+t+r；dp=r+t+r’；dp＞r+t+r’。

机器人折弯动作算法原理方面，折弯机对金属钣金折压的时候，上刀口在不同深度范围下降中，机器人动作位置参考点，产生不同的相对几何关系式[1]。机器人折弯工作中，对刀口下降位移位置持续监控，以上刀口压入下刀口凹槽深度的深度值，利用相应几何关系式计算。通过计算得出钣金成形时参考位置点位移偏移量，对新的参考位置点进行赋值。同时移动到新的参考位置点方向，进而完成跟随的动作。机器人监测发现上刀口压入深度值，比预先设定下刀口凹槽深度尺寸大为止，就完成了1个完整折弯动作。

根据动态工具坐标系+位于R角上动态作业点理论，假设机器人作业初始点为P0，在作业过程中，机器人始终有一个动态作业点，设为点P’，位置始终在下刀口肩部R角上。机器人作业点P’，从P0点开始，在R角圆角移动，到达圆角另一端为运动重点，设为点P。此时刚好达到最大折弯要求深度。在机器人折弯操作当中，钣金陷入下刀口凹槽会发生延长，在机器人移动的时候，应当补偿凹槽内钣金长度。利用改变动态工具坐标系，随着金属钣金折弯当中向下刀口凹槽压入深度的增加，产生越大的工具坐标系偏移值。因此机器人在跟随移动的时候，通过不断将更多的钣金物料补偿到下刀口凹槽中。通过动态工具坐标系+位于R角动态作业点，使得机器人作业点准确性得到了确保，在钣金折弯过程中发生延伸而产生的补偿物料需求也能够得到满足。

2 金属钣金机器人自动化折弯技术应用

2.1 电液伺服数控折弯机

电液伺服数控折弯机，能够对折弯工作速度进行精确、稳定的调整，进而确保在金属钣金折弯操作中，保持稳定、匀速的作业，防止由于速度突然变化而造成段时间内机器人不能快速跟随的情况。另外，由于对折弯机本身刀口行程信息，无法向机器人随时通信的问题，可采用精密丝杆、编码器传动装置等，在折弯机上刀口进行安装，利用编码器向机器人持续通信刀口行程信息，从而实现良好的自动化折弯操作。

2.2 工业机器人

工业机器人是当前应用比较广泛的情况，当前常见的工业机器人，除了传统的工业机器人四大家族之外，还包括日本川崎重工、意大利柯玛等厂家，也能够对具有折弯跟随功能的机器人进行提供，在机器人本体当中，对能够协调编码器通信数据的专用模块或专用板卡[2]。同时对机器人配备真空吸盘式抓手，针对不同规格的产品，预先将产品尺寸参数、产品编号等录入到机器人控制器当中，机器人就能够根据相应的产品规格，完成折弯作业操作。

2.3 应用中注意技术参数

在实际应用当中，对于一些重要的技术参数应加以注意。在折弯机工作当中，要充分注意工进速度，也就是金属钣金开始折弯变形时的折弯机工作速度。经实践测量认为，设定速度应不超过25mm/s，如果速度过快，机器人运动速度将比金属钣金移动速度更慢，其就可能从吸盘抓手上脱料。如果机器人6轴法兰中心，和折弯机刀口中心尺寸有较大的距离，超过了300mm时，应当将折弯机作业时工进速度降低，避免出现问题[3]。

3 折弯机器人实际应用现状与不足之处

在我国，目前对于金属钣金折弯机器人的应用正逐渐广泛，例如东莞嘉利公司、厦门ABB开关有限公司等大型家电、电器柜生产制造企业，都在实际生产作业中应用了金属钣金机器人自动化折弯技术。但是也有很多金属钣金制造企业刚刚开始筹划自动化折弯技术，或是还没有开始应用这项技术。其中主要以中先行企业为主，由于生产产品不具有固定规格，产量相对较少，同时稳定性低，因此需要经常调整和更换折弯机上下模刀口，进而会改变基准位置。如果利用折弯机器人，还需要反复校准机器人参数，因而无法充分发挥出机器人作业优势。所以，在当前很多中小型企业当中，对于金属钣金机器人自动化折弯技术的推广应用，仍存在着一定的问题和不足，在未来的发展中，也应注意对这一方面的研究和改进。

4 结论

金属钣金机器人自动折弯技术，是机器人制造业高端智能化发展中的一个部分。随着全球工业化4.0进程的不断深入推行，对于机器人智能化的要求将不断提高。在不同的领域当中，也会有不同的技术要求，进而实现机器人对人工的替代。

在金属钣金机器人自动化折弯技术的实际应用中，要充分考虑到实际需求，认识到应用中的问题，使其能够发挥更大的优势。