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【原创】钣金折弯:自动化“新牌局”
2019-04-10 09:06:22 阅读:808
摘要就像很多业内人士一直强调的:在某些特定的领域,国产机器人有机会实现“弯道超车”或者说可以比国外品牌做得更好,这一想法正不断被一些国内领军企业实践并证实。比如金属成形折弯,埃斯顿机器人甚至已经成为行业首选。

  【文/廖文清】就像很多业内人士一直强调的:在某些特定的领域,国产机器人有机会实现“弯道超车”或者说可以比国外品牌做得更好,这一想法正不断被一些国内领军企业实践并证实。比如金属成形折弯,埃斯顿机器人甚至已经成为行业首选。

  谈到细分应用领域,从前几年开始,工业机器人在焊接、喷涂、码垛等领域的应用逐渐成熟,案例渐增,在折弯方面的应用相对较少,事实上,折弯是一种应用广泛又有一定危险性的工艺,其市场前景蔚为可观。

  钣金加工行业经历了2018年的市场寒冬,市场变化带来行业的求变,同时也带来了自动化的新契机,而折弯作为其重要的工序,引来越来越多企业进入或者加速布局,正形成新的市场牌局。

  折弯自动化破钣金加工“瓶颈”

  20世纪70年代末,以军工行业引进德国通快数控冲压设备作为开端,我国钣金加工业开始起步。

  20世纪80年代,纺机、高低压配电行业大规模引进数控转塔冲床、数控折弯机、数控剪板机、直角剪所谓“四大件”,建立起来现代钣金制造行业标准。

  发展到今天,新技术、新工艺不断的产生、发展,带来了钣金加工行业巨大的变化。2018年,不少钣金工厂都深感市场寒冬,步履艰辛,多品种、小批量、定制化、高质量、短交期、制造成本降低的压力接踵而至,在再加上庞大的终端市场需求,倒逼着钣金终端企业在管理与技术革新上做出改变。

  2019年,钣金行业依旧面临着巨大的市场机遇与挑战。钣金加工传统技术和工艺难以适应新市场环境,亟需提高加工工艺,扩大规模,所以促进钣金加工向机械自动化的趋势发展是必然之举。

  而在钣金加工中,折弯工序仍被作为“瓶颈工序”,严重影响到钣金前加工单元上下工序间的节拍平衡,俗话说“瓶颈工序决定最大产能”,如何消除瓶颈并提高折弯工序的生产效率显得尤为重要。

  折弯工序在整个钣金加工工艺流程中起到承上启下的重要作用,折弯工艺的好坏,直接影响到产品的最终尺寸及外观。此外,折弯工序在钣金加工环节中较其他机加工工序而言,对员工的操作技能提出了较高的要求,操作工技能水平的高低,经验丰富与否将直接体现到折弯机的有效稼动率。

  钣金折弯自动化大有可为

  “目前钣金加工行业自动化程度还不是很高,主要是自动折弯、压铆程度不高。”福建渃博特自动化设备有限公司总经理翁伟表示,渃博特是专门针对钣金折弯进行自动化系统集成的企业。

  在金属钣金折弯成形过程中,传统作业时每台折弯机均需要配备一名操作者。由于各行各业对产品的品种要求繁多、数量巨大,且折弯机属于危险类别较高的生产设备,安全隐患也比较大,此道生产工序愈发成为一项繁重危险度较高的体力工作,所以用机器人替代人工作业也逐渐成为必然发展趋势。

  与人工相比较,折弯机器人的优势体现在效率、安全和质量三个方面,前两个方面优势显而易见,质量上的优势主要体现在两个方面:一是折弯机器人的定位精准,重复性好;二是良好的夹持效果杜绝了皱纹,这是因为人工要用双手托着工件做跟随动作,但两手必有先后,工件受力不匀容易产生皱纹。

  在当今生产制造业领域,钣金折弯成形已经渗透到诸多行业,如汽车、家电、电气、厨具、电子及消费品等。

  在国内,一些大型的电气柜、家电的生产制造企业已将机器人折弯应用到实际的生产作业中,但仍有更多的金属钣金制造企业尚未实现或正在筹划这一环节的自动化应用方案。

  对于很多中小企业来说,其所生产的产品规格不固定、产量偏少且不稳定,折弯机需要经常更换及调整上下模刀口导致基准位置发生变化,机器人就需要反复校准,使得机器人作业的优势不能充分体现,机器人自动化折弯系统在这些企业中未得到广泛推行实施。值得肯定的是,未来随着机器人智能化、柔性化的提升,这些企业也将逐步成为机器人应用的潜在客户。

  新牌局

  “目前埃斯顿的折弯机器人在全球是最好的”此前,在接受采访时,埃斯顿集团执行总裁诸春华说。基于埃斯顿在钣金行业20多年的积累和沉淀,在对于工艺的充分理解下,埃斯顿的折弯机器人目前已经占据市场的半壁江山。

  埃斯顿利用自身在金属成形机床行业的天然优势,定制了折弯机器人,具有计算机自动编程、智能化自动对准、自动跟随等功能。能够满足大部分钣金折弯应用需求,与国内外折弯机龙头厂家都有合作。

  国外品牌中,除了ABB、KUKA、安川、发那科以外,柯马、川崎等厂家也提供带有折弯跟随功能的机器人。

  ABB IRB 6660折弯机器人主要目标是为压机管理应用提供更快的机器人解决方案;KUKA KR 150-2机器人可以与折弯中心形成机器人折弯工作站;安川Motoman双臂机器人也被应用在折弯工艺中。

  2019年伊始,翠峰科技携手川崎机器人全新推出川崎RS全系列折弯机器人,多种版本全面上线,可满足多种客户需求。

  近两年,在细分领域突围的指导思想下,国产机器人企业也开始相继进入和布局折弯机器人,其中机器人本体企业包括配天机器人、钱江机器人以及新时达等,当然,在本体企业背后,还有一部分系统集成商,其中就包括凯尔达机器人、翠峰科技、渃博特自动化等。

  配天机器人钣金折弯工作站从机器人本体、控制系统、机器人用的电机及驱动器、折弯功能包,全是配天自主研发。

  在前段时间举办的深圳机械展上,新时达SR85B折弯专用机器人正式亮相,作为其向细分市场自动化解决方案推进的一大步。

  难点与突破点

  翁伟表示,机器人折弯的难点主要在于机器人要配合相关的工具工件随动以及保证运动过程中的精度,为此,各企业都围绕这两个方面进行技术突破。

  埃斯顿利用自己在机器人控制系统与机床数控系统的技术和平台,实现无缝连接,开发折弯软件包,对折弯过程中机器人托料实现闭环控制。在不同折弯速度下,机器人实现自动匹配的完全跟踪,折弯示教时间从过去2-3天缩短到2-3小时。

  FANUC机器人钣金折弯系统采用的正是最新开发的折弯软件包,能够通过FANUC直线跟踪技术实现机器人与折弯机跟随进行同步动作,提高工件的折弯精度。

  配天机器人根据折弯刀的移动托着板材同步运动,避免折弯过程中由于重力作用导致的板材变形和折弯质量差的问题,折弯机器人精确地实时跟随折弯机的折弯进给速度和轨迹,大大提高折弯精度和效率。

  新时达折弯机器人通过前期对折弯坐标系的标定,加上软件包的折弯轨迹跟踪功能和补偿角度的运算,使得折弯时机器人可以自动跟随折弯刀模压合的力度轨迹的变化而变化。

  与弧焊、点焊、喷涂相比较,折弯操作会改变工件形状,几乎每次折弯都会改变夹具和折弯线之间的距离,再加上每次折弯的角度和方向也不相同,因此必须重新计算机器人的路径,而且,由于工件不断变形,避碰难度也提高了。总之,折弯机器人的程序非常繁复,如果人工编程的话,机器人的优势会大大削弱,小批量生产时,尤其如此,唯一的出路是用软件辅助编程,因此软件的突破非常关键。

  基于埃斯顿对折弯机、折弯数控系统、折弯工艺的了解,结合拥有自主工业机器人的优势,埃斯顿开发了《Smart Robot Bending》,经过不断的实践和完善,目前4.0版本即将推出,据埃斯顿钣金事业部负责人马玉楠介绍,4.0版本在产品易用性和速度上做了进一步提升。

  2018年12月,FANUC推出了一种灵活的机器人柔性伺服折弯系统。该系统主要针对的是小批量、多品种钣金件的柔性生产,能够实现1200X600mm以内不同钣金产品的混线生产;该系统采用新型的生产方式,通过MES生产管理系统进行实时的生产管理与监控,操作者只要完成生产任务的制定,即可实现24小时的无人化生产。

  在推出折弯机器人新品的同时,翠峰科技还与川崎机器人联合开发了机器人折弯软件【K-Bending】,并被授予该软件独家代理权。事实上,早在2013年,翠峰科技就联合柯马开发了基于conveyor tracking的机器人折弯系统,并于2015年底完成测试,在2017年为数家客户成功安装了多台折弯机器人。

  而配天自主开发的机器人折弯功能包,实现AIR20机器人与折弯机联动,机器人按运动指令跟随钣金同步运动;凯尔达机器人研发的钣金折弯系统适用于多种金属材料的应用集成,该钣金折弯系统操作简单、环保节能、空间利用率高。

  有业内人士指出,折弯机器人技术已趋成熟,今后的改进方向之一是夹具(包括翻面架),来实现夹具的通用化,但最主要的改进还是在软件方面,比如路径规划问题,根据不同的标准,如增加产量、提高质量乃至降低功耗,会产生不同的路径优化策略。

  文章部分素材来源:杨晟《金属钣金机器人自动化折弯技术的研究》

  ABB中国研究中心吴刚、王海鹏,ABB通用工业部3C工程中心刘若愚《折弯机器人》