CN108380706A - 一种自动化钣金折弯生产线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动化钣金折弯生产线，包括直线滑轨、滑块、旋转支座、大臂关节、小臂关节、抓手、多根手指、夹具、毛坯料架、成品料架和折弯机。直线滑轨设置在折弯机的折弯进口侧，直线滑轨与折弯机的折弯口相平行。毛坯料架和成品料架设置在直线滑轨的外侧，位置可变，数量可变，能实现无人工干预的全自动化折弯。抓手呈直线形，抓手的后端中部通过四轴与小臂关节的前端相铰接，抓手的前端设置有多根手指，每根手指的底部均直接或间接与抓手转动连接，每根手指形成一个五轴，每个五轴的顶部均设置一个能夹持钣金板材的夹具，实现多个钣金板材的自动折弯。

Description

一种自动化钣金折弯生产线

技术领域

本发明涉及钣金板材加工领域，特别是一种自动化钣金折弯生产线。

背景技术

近年来，钣金板材加工领域，自动化加工技术的应用逐渐普及。钣金板材加工自动化的核心技术在于板材折弯的自动化。尤其大尺寸重量较大零件的加工，工人的劳动强度大，通常需要2名甚至几名操作工人完成，劳动强度大，工作环境恶劣。板材折弯自动化解决方案已经成为行业的共识，具有巨大的市场潜力和发展空间。

目前，板材折弯自动化的解决方案，主要有如下两种。

1、采用6关节通用机器人，具体参照申请号为201710513061.1的中国发明专利申请，其发明创造的名称为“一种用于自动折弯时钣金与机体互不干涉的机器人”，为6关节工业机器人，小臂部件杆长与手腕部件杆长之和X/大臂杆长Y＝2～3，折弯机下模刀口高度-转座J2轴距离地面的距离H＝500～600mm，转座J2轴距离J1轴的距离Z＝机器人臂展/设定钣金最大边长-小臂部件杆长与手腕部件杆长之和X-大臂杆长Y。J4轴与J1轴之间偏置设定的距离，J3轴电机设置在大臂外侧。

上述专利申请，通过合理的杆长配比关系，用于大尺寸钣金折弯，钣金和机体不会相互干渉，规避了通用工业机器人在折弯应用中的诸多弊端。然而，由于控制轴数过多(6轴，自由度冗余)，成本高，移动范围小，受到臂展的限制。

2、采用直角坐标机器人，具体参照申请号为201710110029.9的中国发明专利申请，其发明创造的名称为“一种龙门式折弯机器人”，其包括：相互垂直的X轴导轨、Y轴导轨和Z轴导轨，X轴导轨与机身固定连接；X轴导轨与Z轴导轨通过第一滑块垂直连接，第一滑块上分别设有与X轴导轨和Z轴导轨相对滑动连接的X向滑块导轨和Z向滑块导轨；Z轴导轨下端固定设有第二滑块，第二滑块上固定设有与Y轴导轨滑动连接Y轴滑块导轨；Y轴导轨的前端转动连接A轴，A轴上转动连接有与A轴垂直的B轴，B轴上转动连接有与B轴垂直的C轴，C轴前端设有末端执行机构。该专利申请的优点是：成本低，负载能力强。然而缺点也非常明显：结构尺寸大，占地面积大，速度慢，不灵活。

上述两种板材折弯自动化解决方案均存在着如下缺陷：手腕关节中末端两个轴的轴线都相交于一点，主要是方便运动学方程的求解。另外，折弯大尺寸工件的时候适用，小尺寸工件折弯容易与折弯机发生干涉，完全不适合小尺寸工件的折弯且只能进行单个工件的加工，不能同时完成多个工件的加工。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种自动化钣金折弯生产线，该自动化钣金折弯生产线能实现多个零件的同时折弯，效率成倍提升，真正解决自动化折弯加工的效率问题。另外，毛坯料架和成品料架的位置可变，数量可变，真正实现无人工干预的全自动化折弯。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种自动化钣金折弯生产线，包括直线滑轨、滑块、大臂关节、小臂关节、抓手和多根手指。

滑块滑动连接在直线滑轨上，滑块与直线滑轨之间形成一轴。

大臂关节的后端通过二轴直接或间接与滑块顶部相铰接，大臂关节的前端通过三轴与小臂关节的后端相铰接。

抓手呈直线形，抓手的后端中部通过四轴与小臂关节的前端相铰接，抓手的前端设置有多根手指，每根手指的底部均直接或间接与抓手转动连接，每根手指形成一个五轴。

一轴、二轴、三轴和四轴均相互平行，每个五轴均与四轴相垂直，每个五轴的顶部均设置一个能夹持钣金板材的夹具。

还包括旋转支座，旋转支座的底部通过附加六轴与滑块顶部转动连接，旋转支座顶部通过二轴与大臂关节的后端转动连接。

还包括与手指数量相等的附加移动轴，附加移动轴设在每根手指底部与抓手之间，附加移动轴与抓手滑动连接，手指底部与附加移动轴转动连接。

每个附加移动轴分别与四轴和五轴相垂直。

每根手指的轴线与四轴的轴线无相交点。

将原点设置在二轴的轴线上，并将与二轴的轴线相垂直的水平方向为X轴，竖直方向为Y轴，建立直角坐标系，则四轴中心在所述直角坐标系中的坐标为(d_x，d_y)，则d_x和d_y的计算公式如下：

式中，X₀为折弯机中模具中心线的X轴向距离值；Y₀为折弯机中下模高度；L₁₀为夹具的竖直偏距；L₂₀为夹具的水平偏距；β为折弯过程中钣金板材与水平面之间的夹角。

二轴、三轴和四轴相互联动，假设二轴的驱动转角为θ₂、三轴的驱动转角为θ₃、四轴的驱动转角为θ₄；则θ₂、θ₃和θ₄满足如下计算公式：

θ₂＝a₂；

θ₃＝a₃-a₂；

θ₄＝a₄-a₃；

a₄＝-β

C_x＝d_x-L₄cos(a₄)

C_y＝d_y-L₄sin(a₄)

式中，a₂为大臂关节与X轴夹角；a₃为小臂关节与X轴夹角；a₄为抓手与X轴的夹角；L₂为大臂关节长度；L₃为小臂关节的长度；L₄为抓手的X轴向长度，C_x和C_y为中间变量。

折弯过程中钣金板材与水平面之间的夹角β采用如下公式进行计算：

式中，B为折弯机中下模槽口的宽度；d为折弯机中上模的工进行程。

本发明具有如下有益效果：

1、上述抓手及多根手指的设置，能实现多个钣金板材零件同时进行折弯。

2、本发明能根据需要设置成4+N轴，也即包括一轴、二轴、三轴、四轴和N，其中N是若干个五轴与移动附加轴的组合，也可以设置成5+N轴，也即包括一轴、二轴、三轴、四轴、附加六轴和N，其中N是若干个五轴与移动附加轴的组合。与现有技术6关节比，移动范围大；与直角坐标比，灵活性很大。毛坯料架和成品料架位置可变，数量可变，能实现无人工干预的全自动化折弯。

3.上述附加移动轴的设置，能使钣金板材的定位精度调整，防止定位尺寸和定位角度的偏差。

附图说明

图1显示了本发明一种自动化钣金折弯生产线的结构示意图。

图2显示了抓手与手指的第一种实施例结的构示意图。

图3显示了中抓手与手指的第二种实施例的结构示意图。

图4显示了抓手与手指的的第二种实施例的半剖面结构示意图。

图5显示了旋转支座与滑块的半剖面结构示意图。

图6显示了大臂关节、小臂关节以及抓手的尺寸示意图。

图7显示了在直角坐标系下的折弯运动解析示意图。

图8显示了折弯过程中钣金板材与水平面之间的夹角β与折弯机下模的关系图。

图9显示了移动轴与手指配合调节钣金板材位置的原理示意图。

其中有：

10.直线滑轨；20.滑块；30.旋转支座；31.附加六轴；40.大臂关节；41.二轴；50.小臂关节；51.三轴；60.抓手；61.四轴；70.手指；71.附加移动轴；80.毛坯料架；90.成品料架；100.折弯机；101.模具中心线；102.位移传感器；110.钣金板材。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种自动化钣金折弯生产线，包括直线滑轨10、滑块20、旋转支座30、大臂关节40、小臂关节50、抓手60、多根手指70、夹具、毛坯料架80、成品料架90和折弯机100。

直线滑轨设置在折弯机的折弯进口侧，直线滑轨与折弯机的折弯口优选相平行。

毛坯料架80和成品料架90设置在直线滑轨的外侧，位置可变，数量可变，能实现无人工干预的全自动化折弯。

滑块滑动连接在直线滑轨上，滑块与直线滑轨之间形成一轴。

大臂关节的后端通过二轴直接或间接与滑块顶部相铰接，优选具有如下两种优选设置方式。

实施例1：大臂关节的后端通过二轴直接与滑块顶部相铰接，也即不需包括旋转支座。此时，本申请的折弯机器人为五轴机器人，与6轴通用机械人相比，移动范围大，且一轴为线性移动轴，扩展了机器人的移动范围。另外，与6轴通用机械人相比，少一个轴，有利于节约成本；无自由度冗余，控制简单。

实施例2：大臂关节的后端通过二轴41间接与滑块顶部相铰接，如图5所示，旋转支座的底部通过附加六轴31与滑块顶部转动连接，旋转支座顶部通过二轴与大臂关节的后端转动连接。旋转支座的使用，使得本申请的折弯机器人为六轴机器人，移动范围大，毛坯料架80和成品料架90的位置可变，数量可变，能实现无人工干预的全自动化折弯。

大臂关节的前端通过三轴51与小臂关节的后端相铰接。

抓手呈直线形，抓手的后端中部通过四轴61与小臂关节的前端相铰接，抓手的前端设置有多根手指。

每根手指的底部均直接或间接与抓手转动连接，每根手指形成一个五轴。其中，手指与抓手的连接方式优选具有如下两种优选实施例。

第一种实施例：如图2所示，每根手指的底部均直接与抓手转动连接。

第二种实施例：如图3所示，每根手指的底部均间接与抓手转动连接。具体设置方式为：如图4所示，本申请的折弯机器人还包括与手指数量相等的附加移动轴71，附加移动轴设在每根手指底部与抓手之间，附加移动轴与抓手滑动连接，手指底部与附加移动轴转动连接。

每个附加移动轴分别与四轴和五轴相垂直。

从图9中可以看出，每个附加移动轴的滑移方向和手指的转动方向，通过附加移动轴的前后滑移，实现钣金板材110尺寸的精确定位；通过手指的转动，实现折弯时钣金板材110的角度精确定位。折弯机上优选设置有位移传感器102，折弯时，钣金板材的两侧能与位移传感器相接触，从而对钣金板材的位置进行测量。

一轴、二轴、三轴和四轴均相互平行，每个五轴均与四轴相垂直，每根手指的轴线与四轴的轴线优选无相交点。因而，本申请能够避免四轴与折弯机发生机械干涉，适合小零件的折弯。

当然，作为替换，五轴的轴线与四轴的轴线也可以相交一点，本发明由于针对折弯的特殊工艺，运动学特性不同，即便不相交也完全能够反解出来。

另外，每个五轴的顶部均设置一个能夹持钣金板材的夹具。夹具的设置方式有多种，优选有如下三种设置方式：

优选设置方式一：五轴和夹具一体设置，也即五轴为法兰轴，法兰轴中的法兰盘形成为夹具，法兰盘与金属板材螺纹连接。

优选设置方式二：夹具为真空吸盘。

优选设置方式三：夹具为电磁铁。

当然，作为替换，夹具还可以为现有技术中已知的其他设置方式。

将原点设置在二轴的轴线上，并将与二轴的轴线相垂直的水平方向为X轴，竖直方向为Y轴，建立直角坐标系，则四轴中心在所述直角坐标系中的坐标为(d_x，d_y)，则d_x和d_y的计算公式如下：

式中，如图7所示，X₀为折弯机中模具中心线101的X轴向距离值；Y₀为折弯机中下模高度；L₁₀为夹具的竖直偏距；L₂₀为夹具的水平偏距；β为折弯过程中钣金板材与水平面之间的夹角。

二轴、三轴和四轴相互联动，假设二轴的驱动转角为θ₂、3轴的驱动转角为θ₃、4轴的驱动转角为θ₄；则θ₂、θ₃和θ₄满足如下计算公式：

θ₂＝a₂；

θ₃＝a₃-a₂；

θ₄＝a₄-a₃；

a₄＝-β

C_x＝d_x-L₄cos(a₄)

C_y＝d_y-L₄sin(a₄)

式中，a₂为大臂关节与X轴夹角；a₃为小臂关节与X轴夹角；a₄为抓手与X轴的夹角；如图6所示，L₂为大臂关节长度；L₃为小臂关节的长度；L₄为抓手的X轴向长度，C_x和C_y为中间变量。

上述折弯过程中钣金板材与水平面之间的夹角β优选采用如下公式进行计算：

式中，如图8所示，B为折弯机中下模槽口的宽度；d为折弯机中上模的工进行程，式中忽略钣金板材厚度的影响。

当然，作为替换，折弯过程中金属板材与水平面之间的夹角β也可采用角度传感器进行检测等其他已知的方式进行测量，也在本申请的保护范围之内。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种自动化钣金折弯生产线，其特征在于：包括直线滑轨、滑块、大臂关节、小臂关节、抓手和多根手指；

滑块滑动连接在直线滑轨上，滑块与直线滑轨之间形成一轴；

大臂关节的后端通过二轴直接或间接与滑块顶部相铰接，大臂关节的前端通过三轴与小臂关节的后端相铰接；

抓手呈直线形，抓手的后端中部通过四轴与小臂关节的前端相铰接，抓手的前端设置有多根手指，每根手指的底部均直接或间接与抓手转动连接，每根手指形成一个五轴；

一轴、二轴、三轴和四轴均相互平行，每个五轴均与四轴相垂直，每个五轴的顶部均设置一个能夹持钣金板材的夹具。

2.根据权利要求1所述的自动化钣金折弯生产线，其特征在于：还包括旋转支座，旋转支座的底部通过附加六轴与滑块顶部转动连接，旋转支座顶部通过二轴与大臂关节的后端转动连接。

3.根据权利要求1所述的自动化钣金折弯生产线，其特征在于：还包括与手指数量相等的附加移动轴，附加移动轴设在每根手指底部与抓手之间，附加移动轴与抓手滑动连接，手指底部与附加移动轴转动连接。

4.根据权利要求3所述的自动化钣金折弯生产线，其特征在于：每个附加移动轴分别与四轴和五轴相垂直。

5.根据权利要求1所述的自动化钣金折弯生产线，其特征在于：每根手指的轴线与四轴的轴线无相交点。

6.根据权利要求1所述的自动化钣金折弯生产线，其特征在于：将原点设置在二轴的轴线上，并将与二轴的轴线相垂直的水平方向为X轴，竖直方向为Y轴，建立直角坐标系，则四轴中心在所述直角坐标系中的坐标为(d_x，d_y)，则d_x和d_y的计算公式如下：

式中，X₀为折弯机中模具中心线的X轴向距离值；Y₀为折弯机中下模高度；L₁₀为夹具的竖直偏距；L₂₀为夹具的水平偏距；β为折弯过程中钣金板材与水平面之间的夹角。

7.根据权利要求1所述的自动化钣金折弯生产线，其特征在于：二轴、三轴和四轴相互联动，假设二轴的驱动转角为θ₂、三轴的驱动转角为θ₃、四轴的驱动转角为θ₄；则θ₂、θ₃和θ₄满足如下计算公式：

θ₂＝a₂；

θ₃＝a₃-a₂；

θ₄＝a₄-a₃；

a₄＝-β

C_x＝d_x-L₄cos(a₄)

C_y＝d_y-L₄sin(a₄)

式中，a₂为大臂关节与X轴夹角；a₃为小臂关节与X轴夹角；a₄为抓手与X轴的夹角；L₂为大臂关节长度；L₃为小臂关节的长度；L₄为抓手的X轴向长度，C_x和C_y为中间变量。

8.根据权利要求6或7所述的自动化钣金折弯生产线，其特征在于：折弯过程中钣金板材与水平面之间的夹角β采用如下公式进行计算：

式中，B为折弯机中下模槽口的宽度；d为折弯机中上模的工进行程。