折彎自動化技術的應用分析

文/曹祥暉·

疫情之后，全球的鈑金制造商陸續復工復產，企業尋求能提高效率、建立更強大、更經得起未來考驗的業務模式。于是，自動化生產將在企業中發揮越來越大的作用，因為自動化解決方案為生產提供了高水平的靈活性、可靠性和遠程服務。

在折彎自動化領域，過去10年里情況發生了顯著變化，各類企業應用這類技術變得更加容易。對國內企業來說，機械、軟件和機器人技術的進步使折彎自動化更加實用，國內企業正在使用機器人和自動化設備來優化工作流程，縮短周轉時間，降低生產成本。

編程離線完成

如今的機器人折彎編程軟件簡化了CAM的程序準備工作，創建機器人的運行軌跡、設置參數等功能比十年前更強大，也更容易使用。配備機器人的折彎機編程可完全離線處理，不需要示教機器/機器人第一件工件如何設置參數或折彎，這減少了相當長的停機時間，并確保折彎單元的生產不會中斷。該軟件自動生成機器人的運動指令，引導它從一道折彎工序轉入下一道折彎工序直到工件成形，然后卸載或堆放工件。該軟件能夠計算出完整的無碰撞路徑——生成機器人通過的所有位置軌跡，這與過去的自動折彎機操作有明顯的區別，在以往的自動化折彎機操作中，機器人的教學大約需要一個小時。

除了對機器人進行編程之外，具有CAM三維虛擬生產功能的軟件還提供了機器人軌跡和折彎機功能的完整介紹，用戶可以在折彎開始前檢查并直觀地確認折彎順序。在一塊板材成形之前就確認好其流程，可避免操作失誤和材料浪費。

機器人夾具適用性更強

機器人夾具作為機器人與機械手之間的媒介，是機器人系統的關鍵部件。過去的夾具設計不適應對多種幾何形狀的工件進行折彎，需要根據不同的工件投入大量不同的夾具，同時也耗費大量時間進行夾具轉換，這可能涉及到每個工件的多次轉換。新的夾具設計更具適應性，圖1所示的夾具是LVD正在申請專利的通用設計，適用于尺寸從30mm×100mm到350mm×500mm的部件，最大可處理3公斤的工件。這種自適應設計讓用戶無需更換夾具就能處理一系列不同幾何形狀的工件，無需重新調整夾持位置，實現三面折彎。使用通用夾具不僅節省了投資成本，而且節省了成本高昂的夾具更換時間，保持了生產的連續性。

工業機器人更勝一籌

在全球范圍內，工業機器人的使用呈上升趨勢。國際機器人聯合會(International Federation of Robotics)報道稱，預計2020年機器人的供應量將達到52.1萬臺，短短五年內增加了一倍多。雖然汽車和電子行業是機器人的主要用戶，但金屬成形行業的應用也越來越廣泛。

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機器人本身的能力和可靠性也得到了提高。一家世界領先的機器人制造商可提供100多種工業機器人，有效載荷從3公斤到2.3噸不等，最大尺寸可達4.7米。在圖2中，一個工業機器人在長達15米的直線軌跡上有大范圍的運動，比舊系統具備更多的可達性。

從圖紙到成品高效轉變

機器人折彎的另一個進步是零件加工的速度更快。LVD的Dyna-Cell機器人折彎單元(圖3)由一個40噸折彎力的電動折彎機和Kuka工業機器人組成，折彎機和機器人的軟件高度集成，操作便捷，它僅需10分鐘就可完成折彎機及機器人的CAM編程，10分鐘又能完成機床設置及第一件工件的折彎，而從圖紙到成品只需20分鐘。即使零件是由機器人定位和操作的，折彎單元也能將從設計到成形零件的時間最小化，從而使折彎單元的生產效率更高，這顯著高于以往機器人折彎單元的生產效率。

保障流程控制

實時自適應彎曲技術增加了Dyna-Cell機器人折彎單元的工藝一致性，自適應折彎系統配備了角度測量裝置，以確保折彎的精確性及一致性。在圖4的LVD系統中，數字信息被實時傳輸到數控單元，數控單元對其進行處理，并立即調整Y軸的位置以實現精準折彎。自適應折彎的調整不會中斷折彎過程，也不會浪費生產時間。這項技術可使機器適應材料變化，包括板厚、應變硬化和晶粒方向，能夠自動補償任何變化。

成本控制

過去，制造商傾向于“過度自動化”。盡管在功能和靈活性方面有了進步，機器人折彎單元仍然是一項相當大的投資。為了得到良性的投資回報率，確保自動化生產的成本比例不超過獨立機器成本的兩倍尤其重要，得到正確的比例可以使零件的直接成本保持在合理的水平——零件的直接成本不“超載”，用戶不需要靠大量生產來保證流程的成本效益。

同樣值得考慮的是系統的通用性。當批量零件尺寸太小而無法從機器人自動化中獲益時，折彎單元能夠靈活地在獨立模式下操作，這將提高生產率和利潤，因此更容易證明其合理性。在這種情況下，不論是正常工作時間，還是夜間“熄燈生產”，用戶可以選擇在任何一種模式下工作。

自動換模技術

雖然像LVD的Dyna-Cell機器人折彎單元這樣的折彎自動化解決方案應用廣泛，如大批量重復作業和少量作業等，對于一些鈑金制造商來說，自動化折彎的步驟需要以不同的方式進行。

自動換模折彎機提供的解決方案，減少了設置時間：⑴使用自動上下料工具，可以將操作人員解放出來，去做其他事情，如，為下一項工作做準備，或者操作附近的沖床或激光設備；⑵模具刀具無需微調；⑶在折彎機內存有大量模具；⑷消除可能的手動錯誤，如模具未放置在滑塊的正確位置，或使用了錯誤的模具。

無論是自動化的折彎機，還是折彎單元或自動換模的折彎機，都將簡化流程，提高產量并降低成本，為制造商解決勞動力短缺、質量控制等問題提供途徑。