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沖折機器人鈑金加工自動化柔性生產線

2016-9-18 來源：江蘇揚力數控機床有限公司作者：卞正其，張超，朱志金

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

關鍵詞：鈑金加工；自動化生產線；機器人；折彎機；數控轉塔沖床

2、生產線現場分布及工作流程

2．1生產線工作分布圖(圖1)

2．2生產線工作流程圖(圖2)

3、生產線具體組成

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準型材焊接成框架結構后在上面安裝木板而成，結構平穩、牢固，在使用過程中注意調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定性。

金屬板材零件摞放在一起時，零件間經常發生粘連，導致真空吸盤在進行零件吸取時經常錯誤地一次吸取多個零件，直接導致產品報廢，甚至引發安全事故。而分層裝置即專門針對此問題而設計。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對板材零件進行磁化，使板材零件間產生相互排斥的磁場力，以清除板材零件間的粘連，達到分層的目的。

3．2上料定位架板厚測量裝置

上料定位架主要用于機械手給沖床上料前的定位，其結構如圖4所示。上料定位架由一個由標準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，斜面下方兩個直角邊焊接一對相互垂直且與斜面相垂直的兩個定位擋邊A和8，此處的定位擋邊A、日及斜面構成一個絕對空間坐標系。機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、感應支架和感應開關等組成，其中連接塊呈懸臂結構，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支架。當氣缸動作時，活塞連同連接塊、螺釘、感應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，而此時感應支架恰好進入感應開關的感應距離之內，產生一個開關信號，反饋給數控系統，系統判斷板厚正常。當板厚出現異常時(如零件發生粘連，機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，感應開關沒能進入感應開關的感應距離之內，則無開關信號產生，系統判斷板厚異常并發出故障報警。

3．3上料機器人

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

3．3．1上料機器人工具坐標系

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

圖6機器人工具坐標系圖

3．3．2軸動作

設定為工具坐標系時，機器人控制點沿設定在工具尖端點的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

工具坐標的移動，以工具的有效方向為基準，與機器人的位置、姿勢無關，所以進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機器人示教與編程

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

3．4全電伺服數控轉塔沖床MF

全電伺服數控轉塔沖床MF生產線為X、y、r、C、形及z六軸控制，均由交流伺服電機驅動，脈沖編碼器作速度和位置檢測，實現各軸的閉環控制。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行沖孔；形、Z軸為PMC軸控制，可在沖孔的同時實現同步下料。

3．4．1下料機械手

下料機械手如圖8所示，主要由支架、橫梁、W軸運動機構、z軸運動機構、吸盤架等部分組成。其訊。中吸盤架固定安裝在Z軸運動機構上，Z軸運動部件固定安裝在形軸運動機構上，吸盤架上設置有若干真空吸盤用于吸取零件。將形軸運動機構沿橫梁的運動定義為形軸，Z軸運動機構沿豎直方向的運動定義為Z軸。下料機械手通過形、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臺架上。

3．5中轉臺與成品擺放架

一般情況下，數控沖床與折彎機的生產節拍不完全匹配，兩臺折彎機不能將數控沖床加工的半成品零件全部消化掉而產生零件堆積。中轉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始終處于折彎作業狀態，提升生產線的加工效率。中轉臺與成品擺放架大致相同，區別在于中轉臺和成品擺放架上無磁力分層裝置。

3．6折彎機器人

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

3．7數控折彎機

數控折彎機可以在程序里將要折彎的工序編好，再由機器人配合送料，加工出合格的產品。

3．7．1 翻轉架

一些零件折彎過程中需要翻面，翻轉架正是為此而設計。翻轉架的結構及工作原理如圖9所示。安裝在機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架中心重合，翻轉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離零件方向運動(圖9c)；吸盤架運動到翻轉架的另一側，1800翻轉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，隨后翻轉架上的真空吸盤松開(圖9d)。至此，整個翻轉過程完成。