近幾年，工業機器人在國內的應用案例迅速增加，主要集中在焊接、噴涂、搬運等領域，在折彎方面的應用還不多。而工件折彎是一種應用廣泛又有一定危險性的工作，因此機器人折彎的市場前景是非常樂觀的，國外已有很多成功經驗。目前歐美市場鈑金加工車間40%～50%的折彎機上配置機器人自動折彎系統，而中國目前折彎自動化才剛剛起步。未來10年內，折彎機器人在國內需求將呈直線上升趨勢。

以機器人作為核心執行部件的數控板料折彎柔性加工單元是一套高度自動化的設備組合，具有高效率、高質量和高靈活性的優點。在折彎柔性加工單元中，選擇合適的部件組合，能夠為加工效率、靈活性提供更好的支撐。折彎精度取決于折彎機自身精度、機器人的定位精度、機器人與折彎機的協同控制；協同控制的難點在于機器人與折彎機的速度匹配，以及機器人托扶工件的運行軌跡；較差的跟隨效果將嚴重影響折彎角度成形效果和板面平整度，從而影響成品的品質。

折彎加工單元的組成

如圖1所示，標準折彎加工單元以機器人和折彎機為核心，抓手、上料臺、下料臺、定位工作臺、翻面架、換手裝置、各種檢測傳感器為輔助部件。

圖1 折彎加工單元整體布局

抓手是機器人代替人工、取放工件的“手”。折彎機器人的抓手一般是把多個吸盤安裝在一個金屬框架上構成的。

上料臺和下料臺通常采用堆垛貨盤，也有采用傳送帶或輥道為單元輸送原料和轉運成品的。油性板材容易發生粘連，導致一次拿起多張板材，可在上料臺旁邊加裝各種分張裝置（如磁力分張器）和檢測傳感器，確保抓取板材為單張。

定位工作臺是一個帶擋邊的傾斜平臺，臺面上分布微凸起的滾珠。機器人把鋼板轉移到定位臺上，板材受重力自由滑落到擋邊。 由于定位臺的位置及擋邊是固定的，因此機器人重新抓起板材時，板材與抓手的位置就相對精準固定了，為下一步折彎提供了基準。

翻面架是一個抓取裝置的固定框架。當機器人需要換個位置拿工件時，可以把工件放到翻面架上將其固定，機器人再重新在新位置抓住工件。在一些特殊場合，也可以使用折彎機模具夾住工件后，改變抓取位置。

折彎加工單元工作流程

如圖2所示，折彎加工單元工作主要分為上料、取料、對中、翻面、折彎、堆垛六個過程。

圖2 折彎加工單元工作流程

上料：人工將需要加工的板料整垛放置到上料臺上，上料臺上安裝板料檢測開關，避免板料全部加工完后，機器人抓取托盤。

取料：機器人運行到上料臺位置，通過抓手上安裝的超聲波傳感器檢測板材的高度，根據檢測數據，自動運行到合適的位置進行板料的抓取，板料抓取后，通過測厚裝置進行板料厚度的測量，避免出現一次抓取多張的板料，造成加工故障，測厚通過后，準備對中。

對中：機器人運行到定位臺位置，將板料放置于定位臺上進行精準定位（圖3），定位完成后再次抓取板料，準備折彎。

圖3 板料定位

翻面：根據工藝需求判斷是否需要使用翻面架，如果需要，則將機器人運行到翻面架位置，將板料放置到翻面架上，機器人松開板料、避讓，待翻面完成后進行板料抓取。

折彎：機器人運行到折彎機位置，將板料放平到折彎機下模上，通過折彎機后擋指傳感器進行精準定位，定位完成后，機器人發送折彎信號給折彎機，并協同折彎機完成折彎動作（圖4），判斷是否需要再次折彎，來決定是否進行連續折彎。折彎是重點環節，折彎的技術難點在于機器人與折彎機的配合動作，即折彎跟隨。機器人夾取或者托扶板料折彎時，板材變形、機器人需要根據特定的軌跡算法跟隨板料做圓弧動作，并與板材始終保持相對固定的位置。

圖4 板料折彎

碼垛：機器人運行到下料臺位置，因工件成形的區別，存在多種碼垛工藝動作（圖5），如常規矩陣碼垛、單雙層交叉碼垛、正反相扣碼垛等。

圖5 板料碼垛

技術要點

目前市場上不管是通用的標準六軸機器人，還是機器人臂展或形體上針對折彎工藝優化的折彎專用機器人，都需要折彎跟隨算法支撐，不跟隨折彎的情況少之又少。沒有好的跟隨效果，夾具或者吸盤抓手會因為較差的跟隨軌跡，拉扯工件，形成板材皺紋，影響成形質量。建立準確的機器人折彎跟隨運動模型，有助于建立良好的跟隨軌跡算法，從而獲得優異的跟隨效果。

圖6為折彎運動模型。其中，各參數分別表示為，1)上模圓弧半徑：R/mm。2)下模圓弧半徑：r/mm。3)下模開口：V/mm。4)下模角度：∠b/度。5)工件厚度：T/mm。6)中性層到工件上表面厚度：λ/mm。7)工件折彎角度∠a/度。8)折彎機從夾緊點下行量：S/mm。

圖6 折彎運動模型

根據運動模型可以計算出折彎角與折彎下行量的關系：

S={r×tan[（45°- ∠ b/4）+V/2]×sin（90°- ∠ a/2）-（r+R+T）}/cos（90°- ∠ a/2）+（r+R+T）

根據不同的機械參數，結合折彎角與折彎下行量關系的公式能得到折彎角度從180°到10°X方向和Z方向的位移變化的軌跡曲線，折彎模具及工件信息如表1所示，軌跡曲線如圖7所示。

表1 折彎模具及折彎工件必要信息

圖7 折彎角度與機器人運行軌跡關系

結束語

隨著鈑金制造業不斷發展，機器人折彎有著越來越廣闊的應用前景，相對于開發專用折彎機器人，開發適用于通用六軸機器人的折彎跟隨模型算法，并應用于通用機器人上，開發成本更低。配合行業中多數優異品牌的機器人與其他輔助硬件，能夠迅速推廣機器人折彎應用。