CN111014365A - 一种钣金加工治具 - Google Patents

Abstract

公开了一种钣金加工治具，该钣金加工治具包括包括机械手臂和工具台，机械手臂具有多个自由度，机械手臂的末端可拆卸的安装有工具头，工具台上设有工作辅具，工具台包括一个矩阵定位工作台面，矩阵定位工作台面设有矩阵定位孔点位，能够辅助机械手臂定位，工具头配合工作辅具将板材固定后，以机械手臂的力量将板材下压以折弯板材，以机械手臂折弯金属板的优点在于可直接折弯而无须制作模具，且可进行曲线折弯而非直线折弯，加工设备轻巧，可快速设置便开始进行加工。

Description

一种钣金加工治具

技术领域

本发明涉及金属加工领域，更具体地讲，涉及一种钣金加工治具。

背景技术

金属是一种具有弹性与塑性的材料，当施加在材料的外力大于屈服强度后，材料将发生永久性的、无法恢复原状的变性—塑性变形。在金属的加工分类中，冲压、挤制、滚轧、旋压等，皆为通过塑性变形来改变材料形状的加工方法。

钣金加工为针对金属薄板的综合冷加工的统称，包含剪、冲、 切、折、连接等成型方法，将板材制作成各种形状。在钣金折弯中，传统钣金利用手工具进行打样、剪切及折弯，机械钣金则是以机器取代手工作业，并以冲压的方式将板材进行折弯。然而目前的机械钣金的设备较为复杂，成本非常高，加工效果不甚理想，因此需要一种新型的钣金加工治具，以解决实际的需要。

发明内容

因此，针对现有技术上存在的不足，提供本发明的示例以基本上解决由于相关领域的限制和缺点而导致的一个或更多个问题，安全性和可靠性大幅度提高，有效的起到保护设备的作用。

按照本发明提供的技术方案，本发明公开一种钣金加工治具系统，钣金加工的治具系统包括机械手臂和工具台，机械手臂具有多个自由度，机械手臂的末端可拆卸的安装有工具头，工具台上设有工作辅具，工具台包括一个矩阵定位工作台面，矩阵定位工作台面设有矩阵定位孔点位，能够辅助机械手臂定位，工具头配合工作辅具将板材固定后，以机械手臂的力量将板材下压以折弯板材。

进一步的，工具头包括机械手臂法兰面转接头，机械手臂法兰面转接头与装载主体连接，其中装载主体包括连接盘，连接盘的上部设有连接轴，连接轴穿出机械手臂法兰面转接头并通过内六角螺栓与机械手臂法兰面转接头连接，连接盘的下部设有上卡爪，上卡爪通过内六角螺栓与下卡爪连接，上卡爪和下卡爪上均设有燕尾卡槽，第一连接圆管装配于上下两个燕尾卡槽形成的空间内，第一连接圆管的两端均连接有一个第一摇臂，每个第一摇臂的底端均连接有一个第一真空吸盘座，其中，每个第一真空吸盘座的底管与第一真空吸盘相连，每个第一真空吸盘座的侧管联通有与真空发生装置连接的真空软管。

进一步的，工作辅具包括支撑平台，支撑平台上设有夹持底座，夹持底座上设有夹持盖板，内六角螺栓穿过夹持底座和夹持盖板与支撑平台连接，夹持底座和夹持盖板均设有夹持槽，第二连接圆管装配于上下两个夹持槽形成的空间内，第二连接圆管的一端依次穿设有两个第二摇臂，每个第二摇臂的底端均连接有一个第二真空吸盘座，其中，每个第二真空吸盘座的底管与第二真空吸盘相连，每个第二真空吸盘座的侧管也联通有与真空发生装置连接的真空软管，支撑平台下方设有矩阵定位支撑底座，矩阵定位支撑底座设有矩阵定位孔点位，矩阵定位支撑底座与矩阵定位工作台面相互对应。

进一步的，钣金加工的治具系统还包括末端执行器，末端执行器可拆卸的安装于机械手臂的末端，末端执行器用于机械手臂的校正和虚拟坐标的载入。

进一步的，钣金加工的治具系统还包括控制终端系统，控制终端系统用于控制辅助机械手臂的运动和板材的折弯路径规划。

进一步的，第一真空吸盘座、第二真空吸盘的材质为丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶或聚氨酯橡胶。

进一步的，第一摇臂和第二摇臂均包括上连接块和下连接块，上连接块和下连接块之间还设有中间连接柱，其中，上连接块、中间连接柱、下连接块通过螺栓连接在一起，上连接块装配在对应的连接圆管上，下连接块通过卡接或螺接的方式将对应的真空吸盘座连接。

进一步的，其中，末端执行器包括连接座，连接座的下方设有针座，针座上设有测试点位用探针。

进一步的，第一连接圆管和第二连接圆管均为铝制空心管，真空发生装置能够分别控制第一真空吸盘和第二真空吸盘的开闭。。

本发明提供了一种钣金加工治具，该钣金加工治具包括包括机械手臂和工具台，机械手臂具有多个自由度，机械手臂的末端可拆卸的安装有工具头，工具台上设有工作辅具，工具台包括一个矩阵定位工作台面，矩阵定位工作台面设有矩阵定位孔点位，能够辅助机械手臂定位，工具头配合工作辅具将板材固定后，以机械手臂的力量将板材下压以折弯板材，以机械手臂折弯金属板的优点在于可直接折弯而无须制作模具，且可进行曲线折弯而非直线折弯，加工设备轻巧，可快速设置便开始进行加工。

附图说明

图1为本发明的机构总体示意图。

图2为本发明的工具头示意图。

图3为本发明的工作辅具示意图。

图4为本发明的工具头的俯视示意图。

图5为本发明的工具头的等轴示意图。

图6为本发明的工具头正视示意图。

图7为本发明的工具头侧视示意图。

图8为本发明的工作辅具俯视示意图。

图9为本发明的工作辅具等轴示意图。

图10为本发明的工作辅具正视示意图。

图11为本发明的工作辅具侧视示意图。

图12为本发明的末端执行器示意图。

图13为本发明的矩阵定位工作台面示意图。

图14为本发明的吸盘摆放位置示意图。

图15为本发明的曲线折弯位置示意图。

图16为本发明的连续折弯位置示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

机械钣金加工通过冲压的方式折弯，通过模具对板材施加外力，使其产生塑性变形或材料分离，以获得特定尺寸和形状的成品。冲压为一种高生产效率的加工方法，通过塑性变形，使材料内部的机械性质改善，具有重量轻、刚性佳、精度高等优点。冲压模具可分为单工程模及连续模，单工程模为针对单一工序进行加工的模具；连续模为多个单工程模的组合，配合输送带对工件进行连续冲压。

然而，冲压是针对大量制造、标准化产品等重复性高的加工方法，其模具成本昂贵，对于复杂度高或有专门需求的产品是不利的，且模具制作需要相当长的时间，不属于能实时生产的产品。

折弯过后的金属其机械性质将得到提升，具有更坚固、更强韧的特质。金属板折弯加工的应用范围广泛，如：餐具、家电用品、建筑门窗内装、管线、 屋顶、外墙皮层、汽车外壳等。

目前的钣金产品大部分皆是以正交几何为主，属于机械生产，若要处理不规则形状时，仍需通过手工的方式修整，或制作专属的模具。不论是机械钣金或是手工钣金，皆是以直线折弯为主，曲线折弯在制作上较为困难，需具备较高的打样能力，且模具制作不易，因此较少有以曲线折弯的钣金产品。

本发明的钣金加工的治具系统包括机械手臂1和工具台2，机械手臂1（型号为KUKA-KR30）具有多个自由度，机械手臂1的末端可拆卸的安装有工具头3，工具台2上设有工作辅具4，工具台2包括一个矩阵定位工作台面，矩阵定位工作台面设有矩阵定位孔点位，能够辅助机械手臂1定位，工具头3配合工作辅具4将板材固定后，以机械手臂1的力量将板材下压以折弯板材。机械手臂1与具有真空吸盘的工具头的结合，可进行自由度较高的板材提取，以贴合不同形状的材料。模矩化的工作台面可提供机械手臂准确的定位，改善加工工件与辅具、工具头间相对位置的落差。

工具头3的设计与所有零件具有较高的吻合度，不会产生滑脱，若产生滑动则会影响折弯效果。工具头3包括机械手臂法兰面转接头3-1，机械手臂法兰面转接头3-1可拆卸连接，设计成快拆的形式以方便更换其他种类的工具头，机械手臂法兰面转接头3-1与装载主体3-2连接，其中装载主体3-2包括连接盘，连接盘的上部设有连接轴，连接轴穿出机械手臂法兰面转接头3-1并通过内六角螺栓与机械手臂法兰面转接头3-1连接，连接盘的下部设有上卡爪，上卡爪通过内六角螺栓与下卡爪连接，上卡爪和下卡爪上均设有燕尾卡槽，第一连接圆管3-3装配于上下两个燕尾卡槽形成的空间内，上卡爪和下卡爪能够咬合第一连接圆管3-3以避免滑落，第一连接圆管3-3的两端均连接有一个第一摇臂3-4，每个第一摇臂3-4的底端均连接有一个第一真空吸盘座3-5，其中，每个第一真空吸盘座3-5的底管与第一真空吸盘3-6相连，每个第一真空吸盘座3-5的侧管联通有与真空发生装置连接的真空软管。

工作辅具4可将加工工件的高度抬高，以提供机械手臂较充裕的加工空间、避免折弯时碰撞到桌面，工作辅具4包括支撑平台4-1，支撑平台4-1上设有夹持底座4-2，夹持底座4-2上设有夹持盖板4-3，内六角螺栓穿过夹持底座4-2和夹持盖板4-3与支撑平台4-1连接，夹持底座4-2和夹持盖板4-3均设有夹持槽，第二连接圆管4-4装配于上下两个夹持槽形成的空间内，同样的，上下两个夹持槽能够咬合第二连接圆管4-4以避免滑落，第二连接圆管4-4的一端依次穿设有两个第二摇臂4-5，每个第二摇臂4-5的底端均连接有一个第二真空吸盘座4-6，其中，每个第二真空吸盘座4-6的底管与第二真空吸盘4-7相连，每个第二真空吸盘座4-6的侧管也联通有与真空发生装置连接的真空软管，支撑平台4-1下方设有矩阵定位支撑底座，矩阵定位支撑底座设有矩阵定位孔点位，矩阵定位支撑底座与矩阵定位工作台面相互对应，方便工作辅具4固定在不同孔位。

钣金加工的治具系统还包括控制终端系统，控制终端系统用于控制辅助机械手臂1的运动和板材的折弯路径规划，本研究中的机械手臂运行编程采用GH插件Robots撰写，钣金加工的治具系统还包括末端执行器5，末端执行器5可拆卸的安装于机械手臂1的末端，末端执行器5用于机械手臂1的校正和虚拟坐标的载入，具体的，末端执行器5包括连接座，连接座的下方设有针座，针座上设有测试点位用探针。

第一真空吸盘座3-5、第二真空吸盘4-7的材质为丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶或聚氨酯橡胶，形状可以为圆形、椭圆等，形式可以为扁平、钟形、波纹等，加工过程中，实际的吸盘吸取位置与计算机模型中一致，然而工具头的零件大部分是可调式的，因此在实际中先将工具头调整至接近计算机模型的状态，这样更加有利于进行相对较准确的吸取。

第一连接圆管3-3和第二连接圆管4-4均为铝制空心管，真空发生装置能够分别控制第一真空吸盘3-6和第二真空吸盘4-7的开闭。

第一摇臂3-4和第二摇臂4-5均包括上连接块和下连接块，上连接块和下连接块之间还设有中间连接柱，其中，上连接块、中间连接柱、下连接块通过螺栓连接在一起，上连接块装配连接在对应的连接圆管上，下连接块通过卡接或螺接的方式将对应的真空吸盘座连接。

具体的，本发明的钣金加工的治具系统的使用步骤如下，

A．将末端执行器的连接座装配在机械手臂的末端，操作机械手臂将末端执行器的测试点位用探针移动至矩阵定位工作台面的自定义好的矩阵定位孔点位，连续移动3-5个点位以形成工作平面，并将实际测出的坐标输入控制终端系统的电脑程序中，使得控制终端系统中的模型与虚拟坐标平面对齐至现实坐标中，完成机械手臂的校正与虚拟点位坐标的载入；

B．将板材置放在矩阵定位工作台面的指定位置；

C．将末端执行器从机械手臂上取下，将工具头装配在机械手臂的末端；

D．在控制终端系统的电脑程序中输入工具头的信息并选择机械手臂的类型，创建符合真实状态的工具头位置与机械手臂的模型，然后向控制终端系统的电脑程序中输入板材的展开图并设置第一真空吸盘和第二真空吸盘的吸取位置及平面；

E．操作机械手臂带动工具头移至板件上方指定位置，开启真空发生装置，操作机械手臂带动机械头下压并使第一真空吸盘对板件产生真空吸附，将板件从起始位置抬升至指定位置，使得工作辅具的第二真空吸盘对板件产生真空吸附；

F．按照控制终端系统中的路径程序控制机械手臂，逐步移动工具头按照既定的折弯路径对板材进行折弯操作；

G．当板件折弯完成后，操作真空发生装置关闭第一真空吸盘，操作机械手臂带动工具头向上运动，使得折弯后的板件脱离第一真空吸盘；

H．操作真空发生装置关闭第二真空吸盘，折弯后的板件落入指定的容器中。

如附图15（图15a为折弯路径，图15b为吸盘摆放位置）所示，对于曲线折弯举例而言，在GH中，先绘制好380mm*900mm大小的方框，并于方框中间建立一条以柏林噪声计算的曲线，然后依预计制造的板材大小对方框进行分割。最后将分割完成的单元，逐一送入产生吸盘吸取位置的GH编程中，作为后续加工路径的基础。

如附图16（其中的编号为1-6的组成示意图为折弯加工过程）所示，对于连续折弯举例而言，基本形状为一边长400mm的三角形，由中心向角点联线后，以 Metaball2D生成三角肋型并将边长往内偏移作为折线，增加吸盘可吸取的面积后，将折线延长至角点。以附图16的第5示意图的吸盘吸取位置作为后续加工的基准。需要说明的是，单元状的设计可减少需要更换吸盘位置的次数，并重复生产类似组件。

对于附图16的折弯加工，首先，先将板材放置在矩阵定位工作台面上对应的孔位，机械手臂将工具头移至板材上方的安全点、下压并开启抽真空，将板材吸取后移至工作辅具的对应的固定位置并开始折弯。折弯分为三个部分，分别是工作辅具上吸盘的倾斜吸取及机械手臂位于第一个边的折弯，第一个边折弯完成后机械手臂移至下一个边继续折弯。第一边折弯过渡至第二边折弯前，需另外安排一个抬高的途经点， 避免手臂直接碰撞到板材。

整体而言，本发明以机械手臂折弯金属板的优点在于可直接折弯而无须制作模具，且可进行曲线折弯而非直线折弯，加工设备轻巧，可快速设置便开始进行加工。

本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种钣金加工的治具系统，所述的钣金加工的治具系统包括机械手臂（1）和工具台（2），所述的机械手臂（1）具有多个自由度，所述的机械手臂（1）的末端可拆卸的安装有工具头（3），所述的工具台（2）上设有工作辅具（4），其特征在于，所述的工具台（2）包括一个矩阵定位工作台面，所述的矩阵定位工作台面设有矩阵定位孔点位，能够辅助所述的机械手臂（1）定位，所述的工具头（3）配合所述的工作辅具（4）将板材固定后，以所述的机械手臂（1）的力量将所述的板材下压以折弯所述的板材。

2.根据权利要求1所述的一种钣金加工的治具系统，其特征在于，所述的工具头（3）包括机械手臂法兰面转接头（3-1），所述的机械手臂法兰面转接头（3-1）与装载主体（3-2）连接，其中所述的装载主体（3-2）包括连接盘，所述的连接盘的上部设有连接轴，所述的连接轴穿出所述的机械手臂法兰面转接头（3-1）并通过内六角螺栓与所述的机械手臂法兰面转接头（3-1）连接，所述的连接盘的下部设有上卡爪，所述的上卡爪通过内六角螺栓与下卡爪连接，所述的上卡爪和所述的下卡爪上均设有燕尾卡槽，第一连接圆管（3-3）装配于上下两个燕尾卡槽形成的空间内，所述的第一连接圆管（3-3）的两端均连接有一个第一摇臂（3-4），每个所述的第一摇臂（3-4）的底端均连接有一个第一真空吸盘座（3-5），其中，每个所述的第一真空吸盘座（3-5）的底管与第一真空吸盘（3-6）相连，每个所述的第一真空吸盘座（3-5）的侧管联通有与真空发生装置连接的真空软管。

3.根据权利要求1所述的一种钣金加工的治具系统，其特征在于，所述的工作辅具（4）包括支撑平台（4-1），所述的支撑平台（4-1）上设有夹持底座（4-2），所述的夹持底座（4-2）上设有夹持盖板（4-3），内六角螺栓穿过所述的夹持底座（4-2）和所述的夹持盖板（4-3）与所述的支撑平台（4-1）连接，所述的夹持底座（4-2）和所述的夹持盖板（4-3）均设有夹持槽，第二连接圆管（4-4）装配于上下两个夹持槽形成的空间内，所述的第二连接圆管（4-4）的一端依次穿设有两个第二摇臂（4-5），每个所述的第二摇臂（4-5）的底端均连接有一个第二真空吸盘座（4-6），其中，每个所述的第二真空吸盘座（4-6）的底管与第二真空吸盘（4-7）相连，每个所述的第二真空吸盘座（4-6）的侧管也联通有与真空发生装置连接的真空软管，所述的支撑平台（4-1）下方设有矩阵定位支撑底座，所述的矩阵定位支撑底座设有矩阵定位孔点位，所述的矩阵定位支撑底座与所述的矩阵定位工作台面相互对应。

4.根据权利要求1所述的一种钣金加工的治具系统，其特征在于，所述的钣金加工的治具系统还包括末端执行器（5），所述的末端执行器（5）可拆卸的安装于所述的机械手臂（1）的末端，所述的末端执行器（5）用于所述的机械手臂（1）的校正和虚拟坐标的载入。

5.根据权利要求1所述的一种钣金加工的治具系统，其特征在于，钣金加工的治具系统还包括控制终端系统，所述的控制终端系统用于控制辅助所述的机械手臂（1）的运动和所述的板材的折弯路径规划。

6.根据权利要求1所述的一种钣金加工的治具系统，其特征在于，所述的第一真空吸盘座（3-5）、第二真空吸盘（4-7）的材质为丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶或聚氨酯橡胶。

7.根据权利要求1所述的一种钣金加工的治具系统，其特征在于，所述的第一摇臂（3-4）和所述的第二摇臂（4-5）均包括上连接块和下连接块，所述的上连接块和所述的下连接块之间还设有中间连接柱，其中，上连接块、中间连接柱、下连接块通过螺栓连接在一起，所述的上连接块装配在对应的连接圆管上，所述的下连接块通过卡接或螺接的方式将对应的真空吸盘座连接。

8.根据权利要求1所述的一种钣金加工的治具系统，其特征在于，其中，所述的末端执行器（5）包括连接座，所述的连接座的下方设有针座，所述的针座上设有测试点位用探针。

9.根据权利要求1所述的一种钣金加工的治具系统，其特征在于，所述的第一连接圆管（3-3）和所述的第二连接圆管（4-4）均为铝制空心管，所述的真空发生装置能够分别控制所述的第一真空吸盘（3-6）和所述的第二真空吸盘（4-7）的开闭。

10.一种加工治具系统的使用方法，所述的加工治具系统包括权利要求1-9任一项所述的一种钣金加工的治具系统，其特征在于，所述的钣金加工的治具系统的使用步骤如下，

A．将末端执行器的连接座装配在机械手臂的末端，操作机械手臂将末端执行器的测试点位用探针移动至矩阵定位工作台面的自定义好的矩阵定位孔点位，连续移动3-5个点位以形成工作平面，并将实际测出的坐标输入控制终端系统的电脑程序中，使得控制终端系统中的模型与虚拟坐标平面对齐至现实坐标中，完成机械手臂的校正与虚拟点位坐标的载入；

B．将板材置放在矩阵定位工作台面的指定位置；

C．将末端执行器从机械手臂上取下，将工具头装配在机械手臂的末端；

D．在控制终端系统的电脑程序中输入工具头的信息并选择机械手臂的类型，创建符合真实状态的工具头位置与机械手臂的模型，然后向控制终端系统的电脑程序中输入板材的展开图并设置第一真空吸盘和第二真空吸盘的吸取位置及平面；

E．操作机械手臂带动工具头移至板件上方指定位置，开启真空发生装置，操作机械手臂带动机械头下压并使第一真空吸盘对板件产生真空吸附，将板件从起始位置抬升至指定位置，使得工作辅具的第二真空吸盘对板件产生真空吸附；

F．按照控制终端系统中的路径程序控制机械手臂，逐步移动工具头按照既定的折弯路径对板材进行折弯操作；

G．当板件折弯完成后，操作真空发生装置关闭第一真空吸盘，操作机械手臂带动工具头向上运动，使得折弯后的板件脱离第一真空吸盘；

H．操作真空发生装置关闭第二真空吸盘，折弯后的板件落入指定的容器中。

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