自動(dòng)化系統(tǒng)
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最新自動(dòng)化線案例介紹
折彎?rùn)C(jī)的“第1次迭代”
回顧折彎?rùn)C(jī)的迭代歷史，要先從驅(qū)動(dòng)裝置 (Actuator) 的迭代談起，驅(qū)動(dòng)裝置先從機(jī)械式驅(qū)動(dòng)進(jìn)化為油壓式驅(qū)動(dòng)（MH/F 系列、3 點(diǎn)系列），再進(jìn)化成滾珠絲杠直接驅(qū)動(dòng) (BB 系列 )、油電混合控制驅(qū)動(dòng)及伺服液壓雙驅(qū)動(dòng)控制 (BH 系列 )。接下來就是折彎尺寸測(cè)定用的后擋料定位裝置，該裝置從 40 多年前就開始采用數(shù)值控制（NC 裝置），使折彎?rùn)C(jī)的操作性有了劃時(shí)代的進(jìn)步。從折彎?rùn)C(jī)的進(jìn)化來看，這些可以稱為“第 1 次迭代”（圖 1），這次進(jìn)化使折彎產(chǎn)品的加工精度有了質(zhì)的飛躍。
在“第 1 次迭代”中折彎?rùn)C(jī)本身已有了很大進(jìn)步，但從鈑金加工工藝的自動(dòng)化角度來看，沖切工藝的自動(dòng)化生產(chǎn)已迅速走向成熟階段，而折彎工藝卻依然以一人一機(jī)（One Man One Machine）為主流的生產(chǎn)方式，折彎自動(dòng)化的發(fā)展進(jìn)程比我們預(yù)測(cè)的要更緩慢一些，其原因就是折彎工藝中 V 形折彎（圖 2）的優(yōu)點(diǎn)成為了折彎自動(dòng)化發(fā)展的瓶頸。
圖1 以村田機(jī)械為代表的折彎進(jìn)化
圖2 V 形折彎示意圖
折彎?rùn)C(jī)的“第 2 次迭代”
在 15 年前，行業(yè)中就已有描述折彎?rùn)C(jī)發(fā)展趨勢(shì)的關(guān)鍵詞——“支援”，其進(jìn)化具體到各個(gè)方面，可分為折彎編程支援、補(bǔ)償支援、操作人員的折彎支援以及事先準(zhǔn)備支援。根據(jù)工作內(nèi)容的不同，折彎?rùn)C(jī)的運(yùn)行效率也大相 徑庭， 最 低 可 低 至 40%， 剩 下 的60% 為折彎加工以外（包括折彎編程、折彎補(bǔ)償調(diào)整、事先準(zhǔn)備等）的作業(yè)時(shí)間，為了縮短這些時(shí)間，支援作業(yè)也進(jìn)化了很多。
圖3 Campath Bend 離線編程 3D 模擬圖
圖4 Videre 視教軟件
折彎補(bǔ)償支援
由于板材材質(zhì)不均一，在折彎時(shí)很難按照計(jì)算的理論值進(jìn)行精準(zhǔn)的折彎加工，需要對(duì)折彎角度進(jìn)行補(bǔ)償。對(duì)折彎角度補(bǔ)償作業(yè)提供支援的是角度感應(yīng)器，使用角度感應(yīng)器可減少加工材料對(duì)折彎角度的影響，從而提高折彎工件精度的穩(wěn)定性，該裝置現(xiàn)已作為折彎?rùn)C(jī)的標(biāo)準(zhǔn)附屬品被廣泛使用。
操作員工的折彎支援
雖然可以離線 3D 模擬，但操作員工在折彎?rùn)C(jī)上安裝模具時(shí)，每次仍然必須對(duì)模具的種類或安裝位置進(jìn)行確認(rèn)，且只能在 NC 裝置的小畫面上確認(rèn)折彎順序。另外，圖紙上未體現(xiàn)的折彎注意事項(xiàng)等內(nèi)容，只有實(shí)際折彎的操作人員能夠深刻理解并予以關(guān)注，這些信息很少與他人共享。為了解決此難題，村田機(jī)械全新開發(fā)了虛擬與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合的 Videre 視教軟件（圖 4），此視教軟件可以在滑塊上適時(shí)顯示必要的操作信息。
圖5 自動(dòng)模具更換裝置（ATC）
事先準(zhǔn)備支援
折彎?rùn)C(jī)可以針對(duì)各種材質(zhì)、板厚、形狀的工件進(jìn)行多品種小批量的生產(chǎn)加工，只要生成折彎程序和交換模具就可以簡(jiǎn)單生產(chǎn)，也就是說，加工各種不同的工件時(shí)要進(jìn)行頻繁的模具交換。執(zhí)行此作業(yè)需要一定的技能和經(jīng)驗(yàn)，且操作人員的體力負(fù)擔(dān)很大。為了有效解決此問題，我們推薦大家使用模具自動(dòng)交換裝置，如圖 5 所示。當(dāng)然，根據(jù)折彎成品或作業(yè)流程的不同，模具的交換頻率或所需模具的種類也不盡相同，但這是一種更加柔性化的支援。 最后需要提及的支援是安全裝置，從某種意義上講，安全性和生產(chǎn)性有時(shí)候是成反比的，但激光式的安全裝置被認(rèn)可之后，安全性和生產(chǎn)性可以完全成正比。上述支援可稱為折彎?rùn)C(jī)的“第 2 次進(jìn)化”，這次進(jìn)化既減輕了折彎?rùn)C(jī)操作人員的負(fù)擔(dān)，同時(shí)又提高了設(shè)備的運(yùn)行效率。
折彎自動(dòng)化與智能化
經(jīng)歷前兩個(gè)階段后，折彎工藝必將迎來“第 3 次迭代”：由于匠工不足衍生而來的折彎智能化和由于人手不足衍生而來的折彎自動(dòng)化，這兩種生產(chǎn)方式將會(huì)同時(shí)到來并共同發(fā)展。
折彎智能化應(yīng)用的是感測(cè)技術(shù)，它通過在折彎之前、折彎過程中以及折彎之后的感測(cè)動(dòng)作，獲取工件折彎所需的信息，對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償和自動(dòng)確認(rèn)反饋。例如，撓度補(bǔ)償裝置為折彎?rùn)C(jī)而生，對(duì)折彎角度補(bǔ)償也是如此，但其實(shí)沒有撓度補(bǔ)償功能的設(shè)備才是最理想的設(shè)備。材質(zhì)的不均一性決定了折彎制品的不均一，在折彎之前收集到這些不均一的信息是最為理想的。由于材料內(nèi)部存在張力，在折彎過程中控制板材的翹曲變形是最為理想的。匠工會(huì)根據(jù)自己積累的經(jīng)驗(yàn)和體感進(jìn)行補(bǔ)償操作，從而“智”造出優(yōu)良產(chǎn)品，這正是“匠工的技能 = 匠技”，而可以替代這些匠技的也只有折彎智能化。
折彎自動(dòng)化可解決人員不足的問題，它與折彎智能化相輔相成，在全球市場(chǎng)的需求均日益高漲，但坦白的講，這還不能稱作是真正意義上的“迭代”。至今，采用通用型 6 軸機(jī)器人的折彎系統(tǒng)還是比較流行的，村田機(jī)械也為國(guó)內(nèi)外客戶廣泛提供了這類折彎系統(tǒng)。但從折彎自動(dòng)化的角度來看，通用型 6 軸機(jī)器人折彎系統(tǒng)也只是其中一個(gè)案例而已。折彎?rùn)C(jī)被廣泛應(yīng)用于廚房設(shè)備、辦公家具、建筑鋼構(gòu)、汽車、電子器械等行業(yè)，對(duì)這些行業(yè)小批量多品種的生產(chǎn)模式來說，使用通用型 6 軸機(jī)器人折彎系統(tǒng)還是很有局限性的。
由于產(chǎn)生塑性變形的 V 形折彎可以采用標(biāo)準(zhǔn)模具，能夠簡(jiǎn)單地將板材加工成立體形狀（2D → 3D），這也是其被各行業(yè)廣泛采用的重要原因之一。然而，從平板折彎成各種各樣立體形狀的過程，也使得機(jī)器人編程、操作以及折彎后制品的下料處理等變得更加復(fù)雜。V 形折彎雖然只需要交換模具就可以對(duì)各種不同材質(zhì)、板厚、形狀的工件進(jìn)行加工，但在操作過程中都必須進(jìn)行補(bǔ)償。在折彎補(bǔ)償時(shí)，角度補(bǔ)償雖然有不少進(jìn)步，但其他補(bǔ)償及其確認(rèn)在很大程度上依然依賴于人工操作，因此折彎自動(dòng)化在依賴人工操作的地方有必要采用折彎智能化來進(jìn)行補(bǔ)充，這些都是通用型 6 軸機(jī)器人折彎系統(tǒng)存在局限性的理由。
圖6 折彎完全自動(dòng)化
折彎自動(dòng)化的發(fā)展方向
實(shí)現(xiàn)折彎自動(dòng)化的方法有很多種，若采用 6 軸機(jī)器人折彎系統(tǒng)，重點(diǎn)考慮的應(yīng)是機(jī)器人編程、下料碼垛的柔性化及采用折彎智能化對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償與確認(rèn)。目前，折彎自動(dòng)化可對(duì)折彎之前和折彎過程中的情況進(jìn)行檢查確認(rèn)，但對(duì)折彎之后完成品的自動(dòng)檢查卻幾乎沒有，這對(duì)于夜間運(yùn)行等需要使用折彎完全自動(dòng)化（圖 6）的場(chǎng)所，都是不可回避的問題，因此折彎自動(dòng) / 半自動(dòng)化的運(yùn)用仍需要一定的時(shí)間。
此沖·折自動(dòng)軟性化方案介紹在【鈑金與制作】2020年第8期版也 同時(shí)登刊，詳細(xì)請(qǐng)參考：