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沖折機(jī)器人鈑金加工自動化柔性生產(chǎn)線

2016-8-5 來源：江蘇揚力數(shù)控機(jī)床有限公司作者：卞正其張超朱志金

摘要：對沖折機(jī)器人鈑金加工自動化柔性生產(chǎn)線進(jìn)行了整體介紹，系統(tǒng)分析了構(gòu)成整條生產(chǎn)線的各個組成部分。本生產(chǎn)線采用國際先進(jìn)機(jī)器人加工工藝，包括點位控制、點線控制以及折彎跟隨等多種技術(shù)，與沖床和折彎機(jī)采用總線數(shù)據(jù)通訊，通過編程為客戶實現(xiàn)完整的加工流程。

關(guān)鍵詞：鈑金加工；自動化生產(chǎn)線；機(jī)器人；折彎機(jī)；數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床

2、生產(chǎn)線現(xiàn)場分布及工作流程

2．1生產(chǎn)線工作分布圖(圖1)

2．2生產(chǎn)線工作流程圖(圖2)

3、生產(chǎn)線具體組成

3．1毛坯擺放架與磁力分層裝置(圖3)

該毛坯擺放架是由標(biāo)準(zhǔn)型材焊接成框架結(jié)構(gòu)后在上面安裝木板而成，結(jié)構(gòu)平穩(wěn)、牢固，在使用過程中注意調(diào)整地腳使擺放架上表面保持水平。擺放架地腳不平，或者上表面傾斜會影響真空吸盤吸取零件的穩(wěn)定性。

金屬板材零件摞放在一起時，零件間經(jīng)常發(fā)生粘連，導(dǎo)致真空吸盤在進(jìn)行零件吸取時經(jīng)常錯誤地一次吸取多個零件，直接導(dǎo)致產(chǎn)品報廢，甚至引發(fā)安全事故。而分層裝置即專門針對此問題而設(shè)計。圖3中安裝于毛坯擺放架一角且成直角布置的兩對磁鐵能夠?qū)Π宀牧慵M(jìn)行磁化，使板材零件間產(chǎn)生相互排斥的磁場力，以清除板材零件間的粘連，達(dá)到分層的目的。

3．2上料定位架板厚測量裝置

上料定位架主要用于機(jī)械手給沖床上料前的定位，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。上料定位架由一個由標(biāo)準(zhǔn)方系。機(jī)械手將零件放置在斜面上，零件在自身重力作用下沿斜面向下滑動，直至零件的一對直角邊分別與定位擋邊A和日相接觸并靠緊，完成零件定位。

板厚測量裝置主要由氣缸、連接塊、螺釘、感應(yīng)支架和感應(yīng)開關(guān)等組成，其中連接塊呈懸臂結(jié)構(gòu)，一端安裝有螺釘，另一端安裝在氣缸活塞上，同時氣缸活塞上還安裝有感應(yīng)支架。當(dāng)氣缸動作時，活塞連同連接塊、螺釘、感應(yīng)支架作為一個整體沿零件板面的垂直方向運動。首先氣缸處于“伸出”位置，當(dāng)零件完成定位后，氣缸“收縮”，此時螺釘恰好頂在零件表面上，而此時感應(yīng)支架恰好進(jìn)入感應(yīng)開關(guān)的感應(yīng)距離之內(nèi)，產(chǎn)生一個開關(guān)信號，反饋給數(shù)控系統(tǒng)，系統(tǒng)判斷板厚正常。當(dāng)板厚出現(xiàn)異常時(如零件發(fā)生粘連，機(jī)器人錯誤地一次抓取多個零件放在定位架上)，由于氣缸的“收縮”距離變短，感應(yīng)開關(guān)沒能進(jìn)入感應(yīng)開關(guān)的感應(yīng)距離之內(nèi)，則無開關(guān)信號產(chǎn)生，系統(tǒng)判斷板厚異常并發(fā)出故障報警。

3．3上料機(jī)器人

如圖5所示上料機(jī)器人將待加工的金屬板材從毛坯擺放架上吸起(在機(jī)器人A6軸頭處裝有吸盤取料工裝)，再經(jīng)過上料定位架板將板材精確定位后輸送到全電伺服數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床MF的夾具上，完成沖床的裝夾板材步驟。

3．3．1上料機(jī)器人工具坐標(biāo)系

工具坐標(biāo)系把機(jī)器人腕部法蘭盤所持工具的有效方向作為Z軸，并把坐標(biāo)定義在工具的尖端點(圖6)。

圖6機(jī)器人工具坐標(biāo)系圖

3．3．2軸動作

設(shè)定為工具坐標(biāo)系時，機(jī)器人控制點沿設(shè)定在工具尖端點的X、y、Z軸做平行移動，按住軸操作鍵時，各軸動作可參考表2所示動作表。

表2各軸的動作表

工具坐標(biāo)的移動，以工具的有效方向為基準(zhǔn)，與機(jī)器人的位置、姿勢無關(guān)，所以進(jìn)行相對于工件不改變工具姿勢的平行移動操作時最為適宜。

3．3．3機(jī)器人示教與編程

為了使機(jī)器人能夠進(jìn)行動作再現(xiàn)，就必須把機(jī)器人運動指令編成程序。程序是把機(jī)器人的作業(yè)內(nèi)容用機(jī)器人語言加以描述，在程序界面中進(jìn)行指令編輯，控制機(jī)器人的運動(圖7)。

3．4全電伺服數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床MF

全電伺服數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床MF生產(chǎn)線為X、y、r、C、形及z六軸控制，均由交流伺服電機(jī)驅(qū)動，脈沖編碼器作速度和位置檢測，實現(xiàn)各軸的閉環(huán)控制。其中，C、形、z為絕對編碼器；X、l，、r、C四軸配合，對待加工的金屬板材進(jìn)行沖孔；形、Z軸為PMC軸控制，可在沖孔的同時實現(xiàn)同步下料。

3．4．1下料機(jī)械手

下料機(jī)械手如圖8所示，主要由支架、橫梁、W軸運動機(jī)構(gòu)、z軸運動機(jī)構(gòu)、吸盤架等部分組成。其訊。中吸盤架固定安裝在Z軸運動機(jī)構(gòu)上，Z軸運動部件固定安裝在形軸運動機(jī)構(gòu)上，吸盤架上設(shè)置有若干真空吸盤用于吸取零件。將形軸運動機(jī)構(gòu)沿橫梁的運動定義為形軸，Z軸運動機(jī)構(gòu)沿豎直方向的運動定義為Z軸。下料機(jī)械手通過形、Z兩軸和吸盤架的組合動作將加工好的金屬板材輸送到中轉(zhuǎn)臺架上。

3．5中轉(zhuǎn)臺與成品擺放架

一般情況下，數(shù)控沖床與折彎機(jī)的生產(chǎn)節(jié)拍不完全匹配，兩臺折彎機(jī)不能將數(shù)控沖床加工的半成品零件全部消化掉而產(chǎn)生零件堆積。中轉(zhuǎn)臺的作用主要用于堆放沖裁加工后的半成品零件，起到緩沖的作用，目的是使兩臺折彎機(jī)始終處于折彎作業(yè)狀態(tài)，提升生產(chǎn)線的加工效率。中轉(zhuǎn)臺與成品擺放架大致相同，區(qū)別在于中轉(zhuǎn)臺和成品擺放架上無磁力分層裝置。

3．6折彎機(jī)器人

兩臺折彎機(jī)器人將中轉(zhuǎn)臺上的待折彎的工件通過吸盤工裝吸取起來，再配合兩臺折彎機(jī)的折彎工序分別進(jìn)行加工。

3．7數(shù)控折彎機(jī)

數(shù)控折彎機(jī)可以在程序里將要折彎的工序編好，再由機(jī)器人配合送料，加工出合格的產(chǎn)品。

3．7．1 翻轉(zhuǎn)架

一些零件折彎過程中需要翻面，翻轉(zhuǎn)架正是為此而設(shè)計。翻轉(zhuǎn)架的結(jié)構(gòu)及工作原理如圖9所示。安裝在機(jī)械手末端的吸盤架吸取零件并沿零件板面水平方向運動(圖9a)；直至零件中心與翻轉(zhuǎn)架中心重合，翻轉(zhuǎn)架上的真空吸盤吸取零件(圖9b)；吸盤架上的吸盤松開后向遠(yuǎn)離零件方向運動(圖9c)；吸盤架運動到翻轉(zhuǎn)架的另一側(cè)，1800翻轉(zhuǎn)后并向靠緊零件方向運動，吸盤架上的真空吸盤靠緊零件表面后吸取零件，隨后翻轉(zhuǎn)架上的真空吸盤松開(圖9d)。至此，整個翻轉(zhuǎn)過程完成。

4、總結(jié)

沖折機(jī)器人鈑金加工自動化柔性生產(chǎn)線是未來金屬鈑金加工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展方向。無論從客戶的生產(chǎn)成本角度，還是從實現(xiàn)工業(yè)4．0的角度，機(jī)床制造公司在生產(chǎn)線研發(fā)領(lǐng)域能否具有技術(shù)先進(jìn)性，將對提高公司產(chǎn)品的市場占有率起到關(guān)鍵作用。

參考文獻(xiàn)：

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【4】胡玉龍．基于本體的飛機(jī)數(shù)字化柔性裝配工藝模型【J]．鍛壓裝備與制造技術(shù)，2015，50(5)．

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