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最新自動化線案例介紹

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折彎機的“第1次迭代”

 

回顧折彎機的迭代歷史,要先從驅動裝置 (Actuator) 的迭代談起,驅動裝置先從機械式驅動進化為油壓式驅動(MH/F 系列、3 點系列),再進化成滾珠絲杠直接驅動 (BB 系列 )、油電混合控制驅動及伺服液壓雙驅動控制 (BH 系列 )。接下來就是折彎尺寸測定用的后擋料定位裝置,該裝置從 40 多年前就開始采用數值控制(NC 裝置),使折彎機的操作性有了劃時代的進步。從折彎機的進化來看,這些可以稱為“第 1 次迭代”(圖 1),這次進化使折彎產品的加工精度有了質的飛躍。 在“第 1 次迭代”中折彎機本身已有了很大進步,但從鈑金加工工藝的自動化角度來看,沖切工藝的自動化生產已迅速走向成熟階段,而折彎工藝卻依然以一人一機(One Man One Machine)為主流的生產方式,折彎自動化的發展進程比我們預測的要更緩慢一些,其原因就是折彎工藝中 V 形折彎(圖 2)的優點成為了折彎自動化發展的瓶頸。

 

圖 1 以村田機械為代表的折彎進化

圖 1 以村田機械為代表的折彎進化

 

圖 2 V 形折彎示意圖

 

 

折彎機的“第 2 次迭代”

 

在 15 年前,行業中就已有描述折彎機發展趨勢的關鍵詞——“支援”,其進化具體到各個方面,可分為折彎編程支援、補償支援、操作人員的折彎支援以及事先準備支援。根據工作內容的不同,折彎機的運行效率也大相 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、折彎補償調整、事先準備等)的作業時間,為了縮短這些時間,支援作業也進化了很多。

 

圖 3 Campath Bend 離線編程 3D 模擬圖

圖 3 Campath Bend 離線編程 3D 模擬圖

 

圖 4 Videre 視教軟件

圖 4 Videre 視教軟件

 

折彎補償支援

由于板材材質不均一,在折彎時很難按照計算的理論值進行精準的折彎加工,需要對折彎角度進行補償。對折彎角度補償作業提供支援的是角度感應器,使用角度感應器可減少加工材料對折彎角度的影響,從而提高折彎工件精度的穩定性,該裝置現已作為折彎機的標準附屬品被廣泛使用。

 

操作員工的折彎支援

雖然可以離線 3D 模擬,但操作員工在折彎機上安裝模具時,每次仍然必須對模具的種類或安裝位置進行確認,且只能在 NC 裝置的小畫面上確認折彎順序。另外,圖紙上未體現的折彎注意事項等內容,只有實際折彎的操作人員能夠深刻理解并予以關注,這些信息很少與他人共享。為了解決此難題,村田機械全新開發了虛擬與現實相結合的 Videre 視教軟件(圖 4),此視教軟件可以在滑塊上適時顯示必要的操作信息。

 

圖 5 自動模具更換裝置(ATC)

圖 5 自動模具更換裝置(ATC)

 

事先準備支援

 

折彎機可以針對各種材質、板厚、形狀的工件進行多品種小批量的生產加工,只要生成折彎程序和交換模具就可以簡單生產,也就是說,加工各種不同的工件時要進行頻繁的模具交換。執行此作業需要一定的技能和經驗,且操作人員的體力負擔很大。為了有效解決此問題,我們推薦大家使用模具自動交換裝置,如圖 5 所示。當然,根據折彎成品或作業流程的不同,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,安全性和生產性有時候是成反比的,但激光式的安全裝置被認可之后,安全性和生產性可以完全成正比。上述支援可稱為折彎機的“第 2 次進化”,這次進化既減輕了折彎機操作人員的負擔,同時又提高了設備的運行效率。

 

折彎自動化與智能化

 

經歷前兩個階段后,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化,這兩種生產方式將會同時到來并共同發展。

 

折彎智能化應用的是感測技術,它通過在折彎之前、折彎過程中以及折彎之后的感測動作,獲取工件折彎所需的信息,對其進行自動補償和自動確認反饋。例如,撓度補償裝置為折彎機而生,對折彎角度補償也是如此,但其實沒有撓度補償功能的設備才是最理想的設備。材質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。匠工會根據自己積累的經驗和體感進行補償操作,從而“智”造出優良產品,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 軸機器人的折彎系統還是比較流行的,村田機械也為國內外客戶廣泛提供了這類折彎系統。但從折彎自動化的角度來看,通用型 6 軸機器人折彎系統也只是其中一個案例而已。折彎機被廣泛應用于廚房設備、辦公家具、建筑鋼構、汽車、電子器械等行業,對這些行業小批量多品種的生產模式來說,使用通用型 6 軸機器人折彎系統還是很有局限性的。

 

由于產生塑性變形的 V 形折彎可以采用標準模具,能夠簡單地將板材加工成立體形狀(2D → 3D),這也是其被各行業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,也使得機器人編程、操作以及折彎后制品的下料處理等變得更加復雜。V 形折彎雖然只需要交換模具就可以對各種不同材質、板厚、形狀的工件進行加工,但在操作過程中都必須進行補償。在折彎補償時,角度補償雖然有不少進步,但其他補償及其確認在很大程度上依然依賴于人工操作,因此折彎自動化在依賴人工操作的地方有必要采用折彎智能化來進行補充,這些都是通用型 6 軸機器人折彎系統存在局限性的理由。

 

圖 6 折彎完全自動化

圖 6 折彎完全自動化

 

折彎自動化的發展方向

 

實現折彎自動化的方法有很多種,若采用 6 軸機器人折彎系統,重點考慮的應是機器人編程、下料碼垛的柔性化及采用折彎智能化對其進行自動補償與確認。目前,折彎自動化可對折彎之前和折彎過程中的情況進行檢查確認,但對折彎之后完成品的自動檢查卻幾乎沒有,這對于夜間運行等需要使用折彎完全自動化(圖 6)的場所,都是不可回避的問題,因此折彎自動 / 半自動化的運用仍需要一定的時間。

 

此沖·折自動軟性化方案介紹在【鈑金與制作】2020年第8期版也 同時登刊,詳細請參考:
https://mp.weixin.qq.com/s/l7z7OmvKccVq6yhqCMVNAQ

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