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沖折機(jī)器人鈑金加工自動(dòng)化柔性生產(chǎn)線

2016-9-18 來(lái)源：江蘇揚(yáng)力數(shù)控機(jī)床有限公司作者：卞正其，張超，朱志金

摘要：對(duì)沖折機(jī)器人鈑金加工自動(dòng)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(gè)組成部分。本生產(chǎn)線采用國(guó)際先進(jìn)機(jī)器人加工工藝，包括點(diǎn)位控制、點(diǎn)線控制以及折彎跟隨等多種技術(shù)，與沖床和折彎?rùn)C(jī)采用總線數(shù)據(jù)通訊，通過(guò)編程為客戶實(shí)現(xiàn)完整的加工流程。

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

2、生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)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(guò)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(huì)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(shí)，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(shí)經(jīng)常錯(cuò)誤地一次吸取多個(gè)零件，直接導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢，甚至引發(fā)安全事故。而分層裝置即專門針對(duì)此問(wèn)題而設(shè)計(jì)。圖3中安裝于毛坯擺放架一角且成直角布置的兩對(duì)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(chǎng)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(cè)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(gè)由標(biāo)準(zhǔn)方鋼焊接而成的框架和焊接于其上且與水平面呈一傾斜角度的斜面組成，斜面下方兩個(gè)直角邊焊接一對(duì)相互垂直且與斜面相垂直的兩個(gè)定位擋邊A和8，此處的定位擋邊A、日及斜面構(gòu)成一個(gè)絕對(duì)空間坐標(biāo)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(dòng)，直至零件的一對(duì)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(cè)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(shí)氣缸活塞上還安裝有感應(yīng)支架。當(dāng)氣缸動(dòng)作時(shí)，活塞連同連接塊、螺釘、感應(yīng)支架作為一個(gè)整體沿零件板面的垂直方向運(yùn)動(dòng)。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(shí)螺釘恰好頂在零件表面上，而此時(shí)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(gè)開關(guān)信號(hào)，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(shí)(如零件發(fā)生粘連，機(jī)器人錯(cuò)誤地一次抓取多個(gè)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(méi)能進(jìn)入感應(yīng)開關(guān)的感應(yīng)距離之內(nèi)，則無(wú)開關(guān)信號(hào)產(chǎn)生，系統(tǒng)判斷板厚異常并發(fā)出故障報(bào)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(guò)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(diǎn)(圖6)。

圖6機(jī)器人工具坐標(biāo)系圖

3．3．2軸動(dòng)作

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

表2各軸的動(dòng)作表

工具坐標(biāo)的移動(dòng)，以工具的有效方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，與機(jī)器人的位置、姿勢(shì)無(wú)關(guān)，所以進(jìn)行相對(duì)于工件不改變工具姿勢(shì)的平行移動(dòng)操作時(shí)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(dòng)作再現(xiàn)，就必須把機(jī)器人運(yùn)動(dòng)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(yǔ)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(yùn)動(dòng)(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(dòng)，脈沖編碼器作速度和位置檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)各軸的閉環(huán)控制。其中，C、形、z為絕對(duì)編碼器；X、l，、r、C四軸配合，對(duì)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(shí)實(shí)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(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、z軸運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上，Z軸運(yùn)動(dòng)部件固定安裝在形軸運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)沿橫梁的運(yùn)動(dòng)定義為形軸，Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)沿豎直方向的運(yùn)動(dòng)定義為Z軸。下料機(jī)械手通過(guò)形、Z兩軸和吸盤架的組合動(dòng)作將加工好的金屬板材輸送到中轉(zhuǎn)臺(tái)架上。

3．5中轉(zhuǎn)臺(tái)與成品擺放架

一般情況下，數(shù)控沖床與折彎?rùn)C(jī)的生產(chǎn)節(jié)拍不完全匹配，兩臺(tái)折彎?rùn)C(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(tái)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(tái)折彎?rùn)C(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(tái)與成品擺放架大致相同，區(qū)別在于中轉(zhuǎn)臺(tái)和成品擺放架上無(wú)磁力分層裝置。

3．6折彎?rùn)C(jī)器人

兩臺(tái)折彎?rùn)C(jī)器人將中轉(zhuǎn)臺(tái)上的待折彎的工件通過(guò)吸盤工裝吸取起來(lái)，再配合兩臺(tái)折彎?rùn)C(jī)的折彎工序分別進(jìn)行加工。

3．7數(shù)控折彎?rùn)C(jī)

數(shù)控折彎?rùn)C(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(guò)程中需要翻面，翻轉(zhuǎn)架正是為此而設(shè)計(jì)。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(yùn)動(dòng)(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(yùn)動(dòng)(圖9c)；吸盤架運(yùn)動(dòng)到翻轉(zhuǎn)架的另一側(cè)，1800翻轉(zhuǎn)后并向靠緊零件方向運(yùn)動(dòng)，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(gè)翻轉(zhuǎn)過(guò)程完成。

4、總結(jié)

沖折機(jī)器人鈑金加工自動(dòng)化柔性生產(chǎn)線是未來(lái)金屬鈑金加工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展方向。無(wú)論從客戶的生產(chǎn)成本角度，還是從實(shí)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(duì)提高公司產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率起到關(guān)鍵作用。

參考文獻(xiàn)：

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【3】桂方亮．機(jī)器人沖壓生產(chǎn)線重力對(duì)中臺(tái)的柔性化改造方案探討[J]．鍛壓裝備與制造技術(shù)，2015，50(4)．

【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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