CN111069469A - 金属加工治具 - Google Patents

Abstract

公开了一种金属加工治具系统，具有机械手臂，机械手臂的末端设有工作头，工作头与机械手臂采用快拆的方式，工作头上设有送料夹爪，金属加工治具还包括一个工作桌，工作桌上设有支撑架，工作桌的内部设有定位器，定位器的上表面设有折弯器，工作桌上还设有气动剪刀系统，以定位器辅助机械手臂金属线折弯加工为重心，以定位器进行单一角度与多角度的连续折弯，建立定位器辅助折弯的系统，使实际生产时能折弯出正确的角度，提高以定位器折弯时的精准度，节省了加工成本。

Description

金属加工治具

技术领域

本发明涉及制造领域，更具体地讲，涉及一种金属加工治具。

背景技术

金属线材成型的应用范围很广，尺寸从小到大可运用至精密电子五金、日常五金、家具、汽车零件、建筑钢筋、桁架等。可采用多种加工方式，如：切割、弯曲、缠绕、扭转等，按照需求而制作成各种形状，外观变化度高。

传统线材成型利用手工具或模具对线材进行折弯，手工具外观特征多有折弯柱、固定柱和较长的施力杆，是以折弯的方式使线材变形，模具则以缠绕的方式使线材变形。自动化的折弯机构多以伺服电机搭配液压系统，可准确地完成送料、折弯、裁切等流程，但是机身太过于沉重，须有足够的空间放置，而且造价成品高昂，因此亟需一种高效的金属加工治具，解决金属线材折弯等成型加工的问题。

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，本发明公开的金属加工治具包括一个具有多个自由度的机械手臂，机械手臂的末端设有工作头，工作头上设有送料夹爪，金属加工治具还包括一个工作桌，工作桌上设有支撑架，工作桌的内部设有定位器，定位器的上表面设有折弯器，工作桌上还设有气动剪刀系统，送料夹爪将送料和抓取维持在同一水平线上，送料夹爪将工件移至加工位置后，通过定位器的旋转使得工件产生变形，然后将变形的工件移至气动剪刀系统的位置完成裁切。

进一步的，工作头包括夹爪基座，夹爪基座的上部通过连接件连接有夹爪基座转接盘，夹爪基座转接盘上设有正多边形槽，正多边形槽内装配有转接柱，转接柱能够通过连接件与机械手臂转接盘连接，机械手臂转接盘装配在机械手臂的末端，夹爪基座的下部通过连接件连接有送料夹爪，夹爪基座的两侧还分别通过连接件连接有一个送料护臂。

进一步的，工作桌包括由框架形成的立式支架，立式支架上设有校正工作桌面，校正工作桌面上设有若干个校正点位，校正工作桌面上设有两组送料支架组件，其中每组送料支架组件包括两个前后平行分布的送料支架，送料支架上设有送料槽，立式支架由夹具固定。

进一步的，定位器位于立式支架内，定位器能够旋转360度，校正工作桌面沿送料方向能够连接至定位器的中心点，定位器的上表面为定位器面板，折弯器安装在定位器面板上，折弯器包括底座，底座上设有两个折弯柱，该两个折弯柱前后平行设置，定位器底部还设有定位器支架。

进一步的，气动剪刀系统设置在校正工作桌面上，气动剪刀系统包括若干个固定架基座，固定架基座上通过连接件连接有气剪固定架，气剪固定架上装配有气动剪刀，气动剪刀与风管联通，风管连接在风压机上。

进一步的，送料夹爪的内侧设有防滑砂纸，折弯柱可伸缩。

进一步的，至少一个折弯柱为滚轮式。

进一步的，工件为铝材或铁材，其中铝材或铁材的直径为5cm。

进一步的，金属加工治具还包括控制器，控制器包括控制面板。

本发明公开了一种金属加工治具系统，具有机械手臂，机械手臂的末端设有工作头，工作头与机械手臂采用快拆的方式，工作头上设有送料夹爪，金属加工治具还包括一个工作桌，工作桌上设有支撑架，工作桌的内部设有定位器，定位器的上表面设有折弯器，工作桌上还设有气动剪刀系统，以定位器辅助机械手臂金属线折弯加工为重心，以定位器进行单一角度与多角度的连续折弯，建立定位器辅助折弯的系统，使实际生产时能折弯出正确的角度，提高以定位器折弯时的精准度，节省了加工成本。

附图说明

图1为本发明的金属加工治具系统示意图。

图2为本发明的工作头组装示意图。

图3为本发明的工作头结构示意图。

图4为本发明的工作头俯视示意图。

图5为本发明的工作头侧视示意图。

图6为本发明的工作头正视示意图。

图7为本发明的气动剪刀系统组装示意图。

图8为本发明的气动剪刀系统结构示意图。

图9为本发明的气动剪刀系统俯视示意图。

图10为本发明的气动剪刀系统正视示意图。

图11为本发明的气动剪刀系统侧视示意图。

图12为本发明的工作桌示意图。

图13为本发明的工作桌俯视示意图。

图14为本发明的工作桌结构示意图。

图15为本发明的工作桌正视示意图。

图16为本发明的工作桌侧视示意图。

图17为本发明的折弯路径示意图。

图18为本发明的校正工作桌面示意图。

图19为本发明的折弯器示意图。

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。

实施例一：

本发明的金属加工治具包括一个具有多个自由度的机械手臂1，机械手臂1的末端设有工作头2，工作头2与机械手臂1采用快拆的方式，工作头2上设有送料夹爪，金属加工治具还包括一个工作桌3，工作桌3上设有支撑架4，工作桌3的内部设有定位器5，定位器5的上表面设有折弯器6，工作桌3上还设有气动剪刀系统7，送料夹爪将送料和抓取维持在同一水平线上，可节省额外制作送料架的空间，送料夹爪将工件移至加工位置后，以折弯器6作为支撑，利用机械手臂1马达扭力带动工作头2产生力臂，通过定位器5的旋转使得工件产生变形，然后将变形的工件移至气动剪刀系统7的位置完成裁切。本发明以φ5mm的纯铝或纯铁作为加工工件。

本发明在外部设置一定位器5辅助进行折弯，以外部设备辅助折弯，可降低机械手臂的载荷要求，并避免臂体的旋转过大而碰撞到周围环境，将旋转区域控制在一定范围，且可产生立体的的折弯角度。

其中，工作头2包括夹爪基座2-1，夹爪基座2-1的上部通过连接件连接有夹爪基座转接盘2-2，夹爪基座转接盘2-2上设有正多边形槽，正多边形槽内装配有转接柱2-3，转接柱2-3能够通过连接件与机械手臂转接盘连接，机械手臂转接盘装配在机械手臂1的末端，夹爪基座2-1的下部通过连接件连接有送料夹爪2-4，夹爪基座2-1的两侧还分别通过连接件连接有一个送料护臂2-5，送料护臂2-5的作用可以将加工工件维持水平，降低加工工件自重而产生弯曲的误差，由于本发明的操作会将加工工件沿自身轴向旋转，送料夹爪2-4与加工工件的接触面为粗糙的砂纸，增加抓取力以避免加工工件材料滑动。

工作桌3包括由框架形成的立式支架，以框架的方式固定在定位器5的周围，立式支架上设有校正工作桌面3-1，校正工作桌面3-1上设有若干个校正点位，校正工作桌面3-1上设有两组送料支架组件，分别对应顺时针的折弯与逆时针的折弯，其中每组送料支架组件包括两个前后平行分布的送料支架3-2，送料支架3-2上设有送料槽，送料槽可以用来容纳加工工件，立式支架由夹具固定，避免工作桌3发生位移。校正工作桌面3-1沿送料方向可连接至定位器5的中心点，安装在定位器面板上的折弯器6通过旋转使工件产生变形。另在校正工作桌面3-1的右下方設置安裝气动剪刀系统7的孔位，使加工完的工件可在近距离内完成裁切。

定位器5能够旋转360度，定位器5的上表面为定位器面板，折弯器6安装在定位器面板上，可承受500 公斤的重量，通过旋转使安装在面板上的折弯器6对材料进行折弯。折弯器6包括底座，底座上设有两个折弯柱，该两个折弯柱前后平行设置，底座内嵌有螺丝，可以锁在定位器面板上并增加折弯柱的强度，定位器5底部还设有定位器支架，用于固定定位器5。通过旋转的方式接近加工工件或加工目标，可提升生产效率与维持较稳定的加工质量。

本发明的定位器5上的折弯器6的折弯柱可以为固定式，但是这种折弯柱折弯后的形状是明显的折角；可将折弯柱更换为滚轮式，这样可以使搭配送料移动使材料产生连续的、滑顺曲线折弯，可提高整体的加工平面，增加下方的折弯缓冲空间。另外，折弯柱还可以为可伸缩的方式，这样能够节省空间，并且对更多折弯角的操作提供便利。

气动剪刀系统7设置在校正工作桌面3-1上，气动剪刀系统7包括若干个固定架基座7-1，固定架基座7-1上通过连接件连接有气剪固定架7-2，气剪固定架7-2上装配有气动剪刀7-3，气动剪刀7-3与风管联通，风管连接在风压机上。使用气动剪刀将材料裁断，减少人工裁断时的误差。本发明使用4~5kgf/cm³的气压推动，内部可根据实际使用需要搭配不同的专用刀头。

实施例二：

本发明还进一步公开了金属线材的立体连续折弯方法，普通的夹爪折弯方法会有因材料自重而弯曲的问题，虽然可折弯单一角度，但无法进行精准的连续送料及折弯。现有的线材成型设备多以2D折弯为主，若是要构成三维空间，多是将结构拆成平面单元后再进行组构，3D线材成型设备因较昂贵且有折弯限制、机器庞大等而较少被采用。

具体的，金属线材的立体连续折弯方法由实施例一的金属加工治具实现，具体的，该金属加工治具的使用方法包括如下步骤。

A）.校正机械手臂，校正方法与常规机械手方法相同，这里不再赘述，校正完后更换上工具头，并切换送料夹爪的I/O至开启状态， 将5mm铝条/铁条送入送料夹爪的指定位置，需要特别指出的是，然后将定位器安装至工作桌的立式支架内，使得工作桌的中心点与定位器的中心点相吻合；

B）. 对于工具的设定，在控制器的控制面板上输入工具头的重量、工具中心点、网格面等参数后，选择机械手臂机种（也就是所采用的机器人型号），创建所采用的工具头与机械手臂模型，分左侧和右侧，分别对应逆时针旋转和顺时针旋转，接着输入送料支架的模型，并将送料支架分别对齐至工作桌指定的校正点位，其中，将送料支架与工件碰触的点位作为起始点，向外偏移至安全距离后，以目标几何的第一个折弯角做顺时针、逆时针旋转的判别，以此作为后续折弯的基准点；

C）. 判断应旋转的角度，并将旋转的立体角以XY向投影及法向量投影两个阶段的方式拆解，其中，XY向投影对应至定位器的旋转角，法向量投影对应至送料夹爪的轴旋转，分别计算出所需角度，若有必要，还可以加入回弹角度；

D）. 创立折弯路径I：以步骤B的基准点作为基础，将其向上偏移作为安全起始点，折弯角度来源为法向量投影的夹角，送料夹爪将材料抓取后沿自轴旋转后，判断下一向度的折弯角为顺时针角或逆时针角，并移动金属线材线段长度至定位器对应的折弯中心点；

E）. 创立折弯路径II：以XY向投影角为定位器旋转角度依据，折弯完成后先维持旋转状态，使金属线材维持在固定水平，待送料夹爪移动至线段长度后，再依原先为顺时针角或逆时针角旋转回归至定位器对应的起始点，使送料夹爪抓取材料移动至下一线段长；

F）.将D、E步骤建立好的连续平面转换为机器代码，形成连续的动作路径，并在指令设定中，加入送料夹爪及气动剪刀系统的I/O开关至指定的加工点位，将添加了I/O信号的的点位与原始点位整合，转换成机械手臂代码，经由无线网络将代码传送至机械手臂的控制箱；

G）.折弯过程中，以送料夹爪将金属线材推进至每次的预设长度，并夹紧金属线材；第一向角度以机械手臂及夹爪做旋转，第二向角度以定位器做旋转，在折弯器的作用下，通过左、右两个加工位置对应金属线材的顺时针折弯和逆时针折弯，折弯完成后，移动至气动剪刀裁断位置，切换气剪I/O进行裁切。

本发明以定位器辅助机械手臂金属线折弯加工为重心，以定位器进行单一角度与多角度的连续折弯，建立定位器辅助折弯的系统，包含定位器工作桌及桌面配置的调整、折弯工具头设计及机械手臂操控的改良等，本发明的加工系统使实际生产时能折弯出正确的角度，提高以定位器折弯时的精准度。

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)

1.一种金属加工治具，所述的金属加工治具包括一个具有多个自由度的机械手臂（1），所述的机械手臂（1）的末端设有工作头（2），所述的工作头（2）上设有所述的送料夹爪，所述的金属加工治具还包括一个工作桌（3），所述的工作桌（3）上设有支撑架（4），所述的工作桌（3）的内部设有定位器（5），所述的定位器（5）的上表面设有折弯器（6），所述的工作桌（3）上还设有气动剪刀系统（7），其特征在于，所述的送料夹爪将送料和抓取维持在同一水平线上，所述的送料夹爪将工件移至加工位置后，通过所述的定位器（5）的旋转使得所述的工件产生变形，然后将变形的工件移至所述的气动剪刀系统（7）的位置完成裁切。

2.根据权利要求1所述的一种金属加工治具，其特征在于，所述的工作头（2）包括夹爪基座（2-1），所述的夹爪基座（2-1）的上部通过连接件连接有夹爪基座转接盘（2-2），所述的夹爪基座转接盘（2-2）上设有正多边形槽，所述的正多边形槽内装配有转接柱（2-3），所述的转接柱（2-3）能够通过连接件与机械手臂转接盘连接，所述的机械手臂转接盘装配在所述的机械手臂（1）的末端，所述的夹爪基座（2-1）的下部通过连接件连接有送料夹爪（2-4），所述的夹爪基座（2-1）的两侧还分别通过连接件连接有一个送料护臂（2-5）。

3.根据权利要求1所述的一种金属加工治具，其特征在于，所述的工作桌（3）包括由框架形成的立式支架，所述的立式支架上设有校正工作桌面（3-1），所述的校正工作桌面（3-1）上设有若干个校正点位，所述的校正工作桌面（3-1）上设有两组送料支架组件，其中每组所述的送料支架组件包括两个前后平行分布的送料支架（3-2），所述的送料支架（3-2）上设有送料槽，所述的立式支架由夹具固定。

4.根据权利要求1所述的一种金属加工治具，其特征在于，所述的定位器（5）位于所述的立式支架内，所述的定位器（5）能够旋转360度，所述的校正工作桌面（3-1）沿送料方向能够连接至所述的定位器（5）的中心点，所述的定位器（5）的上表面为定位器面板，所述的折弯器（6）安装在所述的定位器面板上，所述的折弯器（6）包括底座，所述的底座上设有两个折弯柱，该两个折弯柱前后平行设置，所述的定位器（5）底部还设有定位器支架。

5.根据权利要求1所述的一种金属加工治具，其特征在于，所述的气动剪刀系统（7）设置在所述的校正工作桌面（3-1）上，所述的气动剪刀系统（7）包括若干个固定架基座（7-1），所述的固定架基座（7-1）上通过连接件连接有气剪固定架（7-2），所述的气剪固定架（7-2）上装配有气动剪刀（7-3），所述的气动剪刀（7-3）与风管联通，所述的风管连接在风压机上。

6.根据权利要求1所述的一种金属加工治具，其特征在于，所述的送料夹爪（2-4）的内侧设有防滑砂纸，所述的折弯柱可伸缩。

7.根据权利要求1所述的一种金属加工治具，其特征在于，至少一个所述的折弯柱为滚轮式。

8.根据权利要求1所述的一种金属加工治具，其特征在于，所述的工件为铝材或铁材，其中铝材或铁材的直径为5cm。

9.根据权利要求1所述的一种金属加工治具，其特征在于，所述的金属加工治具还包括控制器，所述的控制器包括控制面板。

10.一种金属线材的立体连续折弯方法，所述的金属线材的立体连续折弯方法由权利要求1-9中任意一项所述的金属加工治具完成，其特征在于，所述金属加工治具的使用步骤如下：

A）.校正机械手臂，校正完后更换上工具头，并切换送料夹爪的I/O至开启状态， 将5mm铝条/铁条送入送料夹爪的指定位置，然后将定位器安装至工作桌的立式支架内，使得工作桌的中心点与定位器的中心点相吻合；

B）. 在控制器的控制面板上输入工具头的重量、工具中心点后，选择机械手臂机种，创建所采用的工具头与机械手臂模型，接着输入送料支架的模型，并将送料支架分别对齐至工作桌指定的校正点位，其中，将送料支架与工件碰触的点位作为起始点，向外偏移至安全距离后，以目标几何的第一个折弯角做顺时针、逆时针旋转的判别，以此作为后续折弯的基准点；

C）. 判断应旋转的角度，并将旋转的立体角以XY向投影及法向量投影两个阶段的方式拆解，其中，XY向投影对应至定位器的旋转角，法向量投影对应至送料夹爪的轴旋转，分别计算出所需角度；

D）. 创立折弯路径I：以步骤B的基准点作为基础，将其向上偏移作为安全起始点，折弯角度来源为法向量投影的夹角，送料夹爪将材料抓取后沿自轴旋转后，判断下一向度的折弯角为顺时针角或逆时针角，并移动金属线材线段长度至定位器对应的折弯中心点；

E）. 创立折弯路径II：以XY向投影角为定位器旋转角度依据，折弯完成后先维持旋转状态，使金属线材维持在固定水平，待送料夹爪移动至线段长度后，再依原先为顺时针角或逆时针角旋转回归至定位器对应的起始点，使送料夹爪抓取材料移动至下一线段长；

F）.将D、E步骤建立好的连续平面转换为机器代码，形成连续的动作路径，并在指令设定中，加入送料夹爪及气动剪刀系统的I/O开关至指定的加工点位，将添加了I/O信号的点位与原始点位整合，转换成机械手臂代码，经由无线网络将代码传送至机械手臂的控制箱；

G）.折弯过程中，以送料夹爪将金属线材推进至每次的预设长度，并夹紧金属线材；第一向角度以机械手臂及夹爪做旋转，第二向角度以定位器做旋转，在折弯器的作用下，通过左、右两个加工位置对应金属线材的顺时针折弯和逆时针折弯，折弯完成后，移动至气动剪刀裁断位置，切换气剪I/O进行裁切。

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