金属钣金机器人自动化折弯技术的研究

严伟 

江苏恒佳自动化设备有限公司 江苏 扬州 225000

摘要：在国内，由于科技的发展，自动化折弯技术已有很大进展。在折弯的过程中，由于板材折弯机的构造和尺寸，常常限制了构件的构造形状和外部尺寸，所以，在进行构件的设计时，必须将板材折弯机的构造和尺寸等要素结合起来，从而保证构件的加工与建造工艺相一致。本文对目前国际上普遍采用的自动化折弯机器人进行了简单的介绍，并对目前我国钣金自动化折弯机器人的应用现状和存在的问题进行了简单的分析。

关键词：机器人；钣金；折弯技术；自动化

引言

折弯机器人和一般的普通机器人一样，由两个主要部件构成，一个是机器人本体，一个是控制系统。而在这些设备中，机器人的控制系统被认为是仅次于减速器的最核心的部分，它的特性对整个机器人的工作性能起着至关重要的作用。控制系统是指对运动的位置、姿态、轨迹以及运动的时间序列等进行有效的控制，它的技术水平直接影响到整个运动的质量。而对机器人进行控制的研究，更是将其视为最基本的工作。因为各个行业对产品的种类和数量都有很大的要求，而且折弯机是一种风险等级较高的生产设备，它的安全隐患也很大，这一道生产工序越来越变成了一项非常繁重和危险程度较高的体力劳动，因此，用机器人来代替手工已经渐渐变成了一种不可避免的发展方向。

一、钣金折弯加工工艺难点

在工业生产、制造和零件的加工领域，钣金折弯加工工艺主要是将一种特殊的金属材料的薄片，用所配的普通（或特殊）模具，在冷却状态下，用数控折弯机将金属材料折弯成不同的所需几何断面形状，根据零件的断面，可以选择不同的模具来进行折弯，例如 Z形零件的折弯，可以选择鹅颈模型来折弯更深的零件。通过折弯工艺，可以将金属板材制成更为复杂和多样化的断面。在家庭中，由钣金加工而获得的机械部件有很多，如人们经常接触和使用的：油箱、通风管道、铁壶、漏斗、弯头和各类电子设备的外壳等。钣金构件的种类和式样十分复杂，通常没有明确的构型。所以，在钣金产品的设计与制造中，必须以满足其实际使用功能为首要目标。使所设计出的钣金加工件，从结构到外貌都符合制作成本低廉且耐用，雅观等基本特征，要在满足实际生产功能的要求的前提下。钣金构件通常根据其应用需求，进行相应的结构设计。通过对钣金材料的不同设计，可以得到各种形状的钣金零件。钣金构件的设计并非墨守成规的模式与规则，而是要根据特定的应用产品的功能要求而不断地改变。而这正是目前钣金机加工过程中必须面对的一个重要而又困难的问题。

二、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，可以精确、稳定地调节折弯工作速度和行程，从而保证在金属钣金折弯时，保持稳定、匀速地作业，避免因为速度过快、行程控制不准或不同步，而造成工件折弯精度不达到技术要求。此外，由于对折弯机自身的启齿过程信息，不能直接与机器人进行直接及时通信，所以可以利用折弯机控制系统，以折弯机工进速度、上模 R弧大小、下模开口大小、可折板料厚度为基础，来间接地计算出板料的翻转位置，然后把这个位置信号实时地传递到机器人控制系统，让机器人控制系统以这个位置信号为依据，来实时地调整抓手的位置，以达到机器人跟随折弯的目的，进而实现一个良好的自动化折弯过程。

2.2工业机器人

除了四大家族外，意大利柯玛和日本川崎重工业公司，也生产出了一种可以跟踪折弯的机器人（在它的身上，需要一个特殊的面板或者组件，可以和编码器进行通讯），它还可以通过一个真空吸盘，将产品的号码和尺寸信息输入到它的控制系统中，这样它就可以精确地完成各种形状的折弯作业。

2.3应用中注意技术参数

在使用过程中，必须考虑到某些关键的工艺参数。在使用折弯机时，应特别重视进工速度，也就是在板料开始折弯变形时，折弯机的运转速度。经过了实际的测试，我们认为，设定的速度不应该超过25 mm/s，不然的话，速度会过快，如果是这样的话，它的行动就会比金属钣金更慢，而且很有可能会从吸盘上掉下来。如果6轴法兰的中心和折弯机刀的中心距离相差太大(大于300 mm）,那么在折叠机的工作过程中，就应该放慢进工速度，以免发生问题。

三、钣金折弯生产及其自动化技术的改进方法

3.1钣金折弯加工的选材

用于钣金折弯加工的材料和板材必须通过严谨的甄别过程，方可进行实际的加工与生产。在不影响金属材质强度的情况下，降低了制造费用。当采用同一种材质进行处理时，各种规格的板材应该放在一个地方。相同厚度的实板类型最多可以使用三个,同时在使用的时候也要注重最有效地利用,防止材料出现浪费等状况。而对于高强度钣金的加工制造作业,也可以采用薄板压筋等加工方法来满足需要。但是目前在市场上已经出现的很多钣金的板材类型,其外形都与用户的实际需求有着一定的误差,因此必须根据钣金折弯加工的零件大小、形状轮廓等因素加以仔细的考察和挑选。另外，一些材料表面采用特殊材质的喷涂工艺，对钣金材料的性能也有影响，限制了钣金材料的使用范围。而不是直接和外部环境相联系的板材，就不需要太在意它的美感了。对于需要裸露在外面的金属板，需要对金属板的结构与表面质量进行严格的检查，才能避免产生划伤或其它损伤，降低材料的使用率。

3.2随动算法的开发

在机器人进行自动弯折时，最重要也最困难的是弯折跟随动作。机器人在进行折弯随动时，其末端的夹具必须与折弯机滑块的动作同步配合，若机器人的跟随轨迹发生畸变，轻者对折弯加工精度产生影响，重者造成设备损伤，引发安全事故。

3.3孔缺结构设计及加工

对一些钣金材料进行弯折加工，并在规定的部位进行冲孔。为了提高加工效率，在钣金加工的后期，应该对位于加工部位根部的方孔进行精确的钻孔，以避免因钻孔过程中的拉伸而导致孔位发生变形。同样也可以避免板材在弯折时，手动钻孔的难度较大。如钣金零件需打螺孔时，可采用另一种型号的螺孔进行加工。在整个钣金折弯加工过程中，焊接工艺所占的比重很大，在确保产品外观外观不受影响的同时，还需要对钣金件表面的接缝进行适当的处理。角部的焊缝必须进行修整和磨光，以防止由于焊接引起的裂缝而对钣金材料的使用产生影响。

四、折弯机器人实际应用现状与缺陷

在国内，厦门 ABB开关有限公司，东莞嘉利公司等大型家电、电器柜生产企业，正在逐步将钣金自动化折弯技术技术应用到生产中。但很多板材制造企业，都只是在研究自动折弯技术，甚至连应用都没有。这类公司的主体是中小型公司，因为他们的产品没有固定的规格，所以他们的产量比较少，而且稳定性也比较差，所以，在上、下模具的刀刃往往需要调整或替换，从而使某些基准数值发生变化。在实际应用中，若采用可折弯机器人，则需对各项参数进行多次调整，导致其性能无法完全发挥。所以，很多中小企业在推广使用自动折弯技术时，仍然存在着一定的问题与不足，这方面的研究与改善也应该成为未来发展的重点。

结束语

因此，对钣金机器人的自动折弯技术进行了研究。这是目前我国机器人制造领域的一个重要发展方向。伴随着世界工业4.0的推进，机器人会越来越智能。各个领域，都有各自的要求。在使用自动折弯技术时，要结合生产的需要，并对应用中存在的问题进行认知，从而让它可以发挥出更大的优势。

参考文献

[1]王其林,李倩.SolidWorks钣金模块在机器人防护罩设计中的应用[J].科技创新导报,2014(22):75-75.

[2]祝德春,吴明,韩德斌,等.面向工业4.0的智能制造系统钣金件自动展开技术研究[J].机械制造与自动化,2016(6):242-247.

[3]卞正其,张超,朱志金.冲折机器人钣金加工自动化柔性生产线[J].锻压装备与制造技术,2016,51(3):51-54.