CN113714361B - 基于机器人的柔性渐进翻边成形方法 - Google Patents

基于机器人的柔性渐进翻边成形方法 Download PDF

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Abstract

一种基于机器人的柔性渐进翻边成形方法，在工艺规划阶段，设置工具头首先沿Z轴运动至运动起始点，然后绕Z轴进行多道次翻边成形，计算得到每道次翻边角度和工具头每道次沿径向前进距离，并根据测量得到的目标翻边件的翻边开角、圆弧开角、待处理板料的板料平面部分外径、过渡部分圆角半径以及翻边部分长度计算得到每道次工具头初始坐标，再将初始坐标以及与板料接触点的弯曲半径计算得到任意道次任意时刻工具头的位置坐标；在执行阶段，通过工业六轴机器人控制位姿的工具头以规划得到的位置坐标进行翻边件快速精确成形。本发明能够有效地解决了钣金翻边件现有成形技术的不足，方法简单可行，生产效率高。

Description

基于机器人的柔性渐进翻边成形方法
技术领域
本发明涉及的是一种钣金件制造领域的技术，具体是一种基于机器人的柔性渐进翻边成形方法。
背景技术
钣金翻边构件由于其重量轻、强度高等优点，在航空航天、汽车、电子电器等制造加工领域有着广泛的应用。目前航空航天用钣金翻边件大都采用人工锤击的方式翻边成形，噪音大，成形效率低，且质量稳定性与一致性难以保证。随着航天发射任务的增加，现有人工锤击翻边成形工艺和制造质量难以满足不断加快的生产节拍。因此，亟待开发新的钣金翻边工艺，解决目前钣金翻边结构件制造难题。
发明内容
本发明针对现有柔性翻边技术对工作台与滚轮配合要求高，并且难以成形圆弧开角较大的翻边件以及无法解决平面翘曲问题的不足，提出一种基于机器人的柔性渐进翻边成形方法，有效地解决了钣金翻边件现有成形技术的不足，方法简单可行，生产效率高，在航空、航天、汽车制造等工程领域具有重要的工程应用价值和明显的经济效益。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种基于机器人的柔性渐进翻边成形方法，在工艺规划阶段，以待处理板料上平面为基准面，板料圆心为原点建立三维直角坐标系，设置工具头首先沿Z轴运动至运动起始点，然后绕Z轴在(Φ/2,-Φ/2)范围内进行n道次翻边成形，计算得到每道次翻边角度和工具头每道次沿径向前进距离，并根据测量得到的目标翻边件的翻边开角θ、圆弧开角Φ、待处理板料的板料平面部分外径R0、过渡部分圆角半径R1以及翻边部分长度L计算得到每道次工具头初始坐标，再将初始坐标以及与板料接触点的弯曲半径计算得到任意道次任意时刻工具头的位置坐标；在执行阶段，通过工业六轴机器人控制位姿的工具头以规划得到的位置坐标进行翻边件快速精确成形。
所述的待处理板料设置于压紧机构和柔性渐进翻边工作台之间，该压紧机构采用压板压紧机构、气动压紧机构或液压压紧机构；柔性渐进翻边工作台为带斜面的工作台，斜面与平面部分通过过渡圆角圆滑过渡，过渡圆角半径小于等于目标翻边件过渡段的内侧弯曲半径，通过改变过渡圆角大小实现不同过渡圆角半径及不同翻边高度的翻边件的成形。
所述的柔性渐进翻边工作台下平面宽度设置成小于上平面宽度。
所述的工具头的前段成形部分为半球形。
所述的每道次工具头初始坐标为工具头前段圆心的初始坐标。
技术效果
本发明整体解决了现有翻边成形件的平面翘曲问题以及难以成形圆弧开角较大的翻边件问题；
与现有技术相比，本发明提供了一种基于机器人的柔性渐进翻边成形方法，在翻边成形过程中只需要控制机器人带动工具头运动，使得工具头每道次均在不同位置对板料进行翻边，使板料受力更加均匀；同时，通过调整每道次的工具头Z坐标就能实时补偿调整回弹量。本方法简单可行，相对于传统人工翻边成形一件合格零件需要数个小时，本发明在完成工艺规划后，完成单一零件所需时间仅需几分钟，极大提高了成形效率。
附图说明
图1为实施例机器人柔性渐进翻边的装置；
图2为实施例目标翻边件尺寸图；
图3为实施例原始板料尺寸图；
图4为实施例的多次调整补偿量的贴模间隙变化图；
图5为本方法与现有技术翻边翘曲高度对比图；
图中：1板料、2压紧机构、3柔性渐进翻边工作台、4工具头、101板料平面部分、102板料过渡部分、103板料翻边部分、4工具头、R1过渡部分圆角半径、θ目标翻边件的翻边开角、Φ板料圆弧开角、R0板料平面部分外径、R1过渡部分圆角半径、L板料翻边部分长度。
具体实施方式
如图1所示，为本实施例涉及一种机器人柔性渐进翻边的装置，包括：压紧机构2、柔性渐进翻边工作台3和工具头4，其中：待处理板料1设置于压紧机构2和柔性渐进翻边工作台3之间，由工业六轴机器人控制位姿的工具头4位于待处理板料1外延并向柔性渐进翻边工作台3移动实现翻边工艺。
所述的待处理板料1采用5A06铝合金，厚度为2mm。
所述的压紧机构2采用压板压紧结构。
所述的柔性渐进翻边工作台3过渡圆角半径小于等于目标翻边件过渡段的内侧弯曲半径，因此在实施例中为4mm。
所述的工具头4前段成形部分为半球形，其直径为6mm。
本实施例涉及上述装置的机器人柔性渐进翻边成形工艺解析实现方法，具体包括以下步骤：
第一步，根据目标翻边件特征，将待处理板料1由平面部分101、过渡部分102以及翻边部分103组成；
第二步，如图2和图3所示，分别测量目标翻边件截面尺寸与板料尺寸得到目标翻边件的翻边开角θ为110°、圆弧开角Φ为90°、板料平面部分101外径R0为1460mm、过渡部分102 圆角半径R1为6mm以及翻边部分103长度L为49mm；
第三步，以待处理板料1上平面为基准面，板料1圆心为原点，建立三维直角坐标系，则工具头首先沿Z轴运动至运动起始点，然后绕Z轴在(45°,-45°)范围内进行翻边成形；
第四步，由于翻边开角θ为110°，因此设置7道次翻边成形，计算得到每道次翻边角度为：
Figure BDA0003242626210000031
工具头每道次沿径向前进距离为l＝L/n＝49/7＝7mm；
第五步，利用Φ、R0、R1、
Figure BDA0003242626210000032
l计算得到每道次工具头初始坐标，具体包括：
第一道次X坐标为
Figure BDA0003242626210000033
Y坐标为
Figure BDA0003242626210000034
Z坐标为
Figure BDA0003242626210000035
Figure BDA0003242626210000036
工具头与板料接触点弯曲半径为：R1＝R0+R1+l＝ 1460+6+7＝1473mm；
第二道次X坐标为
Figure BDA0003242626210000037
Figure BDA0003242626210000038
Y坐标为
Figure BDA0003242626210000039
Figure BDA00032426262100000310
Z坐标为
Figure BDA00032426262100000311
工具头与板料接触点弯曲半径为：R2＝R0+R1+2l＝1460+6+14＝1480mm；
第三道次X坐标为
Figure BDA00032426262100000312
Y坐标为
Figure BDA00032426262100000313
Z坐标为
Figure BDA00032426262100000314
Figure BDA00032426262100000315
工具头与板料接触点弯曲半径为：R3＝R0+R1+3l＝1460+6+21＝1487；
第四道次X坐标为
Figure BDA00032426262100000316
Figure BDA00032426262100000317
Y坐标为
Figure BDA00032426262100000318
Figure BDA00032426262100000319
Z坐标为
Figure BDA00032426262100000320
工具头与板料接触点弯曲半径为：R4＝R0+R1+4l＝1460+6+28＝1494mm；
第五道次X坐标为
Figure BDA00032426262100000321
Y坐标为
Figure BDA00032426262100000322
Z坐标为
Figure BDA00032426262100000323
Figure BDA00032426262100000324
工具头与板料接触点弯曲半径为：R5＝R0+R1+ 5l＝1460+6+35＝1501mm；
第六道次X坐标为
Figure BDA0003242626210000041
Figure BDA0003242626210000042
Y坐标为
Figure BDA0003242626210000043
Figure BDA0003242626210000044
Z坐标为
Figure BDA0003242626210000045
工具头与板料接触点弯曲半径为：R6＝R0+R1+6l＝1460+6+42＝1508mm；
第七道次X坐标为
Figure BDA0003242626210000046
Figure BDA0003242626210000047
Y坐标为
Figure BDA0003242626210000048
Figure BDA0003242626210000049
Z坐标为
Figure BDA00032426262100000410
工具头与板料接触点弯曲半径为：R7＝R0+R1+7l＝1460+6+49＝1515mm；
第六步，根据计算得到的每道次工具头初始坐标以及与板料接触点的弯曲半径，根据
Figure DEST_PATH_FDA00037847289400000212
即可得到任意道次任意时刻工具头的位置坐标。
第七步，将得到的位置坐标导入机器人控制程序中，运行程序，即可实现翻边件快速精确成形。
经过具体实验，利用本方法得到的翻边件平面翘曲高度小于1mm，远低于现有翻边成形技术得到的翻边件成形高度6.2mm。
相比于现有翻边技术一次修模需要10小时工时，本发明根据零件回弹量，计算并调整工具头Z坐标并再次成形所需时间仅为0.4小时，极大地提高了成形效率；与现有技术得到翻边件最大翘曲高度6.2mm，最大贴模间隙2.85mm相比，本发明可以使得最大翘曲高度小于1 mm，最大贴模间隙小于0.5mm，显著提高了成形质量。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (1)

1.一种基于机器人的柔性渐进翻边成形方法，其特征在于，具体包括：
i)分别测量目标翻边件截面尺寸与板料尺寸得到目标翻边件的翻边开角θ为110°、圆弧开角Φ为90°、板料平面部分外径R0为1460mm、过渡部分圆角半径R1为6mm以及翻边部分长度L为49mm；
ii)以待处理板料上平面为基准面，板料圆心为原点，建立三维直角坐标系，则工具头首先沿Z轴运动至运动起始点，然后绕Z轴在(45°,-45°)范围内进行翻边成形；
iii)由于翻边开角θ为110°，因此设置7道次翻边成形，计算得到每道次翻边角度为：
Figure FDA0003784728940000011
工具头每道次沿径向前进距离为l＝L/n＝49/7＝7mm；
iv)利用Φ、R0、R1、
Figure FDA0003784728940000012
l计算得到每道次工具头初始坐标，具体包括：
第一道次X坐标为
Figure FDA0003784728940000013
Y坐标为
Figure FDA0003784728940000014
Z坐标为
Figure FDA0003784728940000015
Figure FDA0003784728940000016
工具头与板料接触点弯曲半径为：R1＝R0+R1+l＝1460+6+7＝1473mm；
第二道次X坐标为
Figure FDA0003784728940000017
Figure FDA0003784728940000018
Y坐标为
Figure FDA0003784728940000019
Figure FDA00037847289400000110
Z坐标为
Figure FDA00037847289400000111
工具头与板料接触点弯曲半径为：R2＝R0+R1+2l＝1460+6+14＝1480mm；
第三道次X坐标为
Figure FDA00037847289400000112
Y坐标为
Figure FDA00037847289400000113
Z坐标为
Figure FDA00037847289400000114
Figure FDA00037847289400000115
工具头与板料接触点弯曲半径为：R3＝R0+R1+3l＝1460+6+21＝1487；
第四道次X坐标为
Figure FDA00037847289400000116
Figure FDA00037847289400000117
Y坐标为
Figure FDA00037847289400000118
Figure FDA00037847289400000119
Z坐标为
Figure FDA00037847289400000120
工具头与板料接触点弯曲半径为：R4＝R0+R1+4l＝1460+6+28＝1494mm；
第五道次X坐标为
Figure FDA00037847289400000121
Y坐标为
Figure FDA00037847289400000122
Z坐标为
Figure FDA00037847289400000123
Figure FDA0003784728940000021
工具头与板料接触点弯曲半径为：R5＝R0+R1+5l＝1460+6+35＝1501mm；
第六道次X坐标为
Figure FDA0003784728940000022
Figure FDA0003784728940000023
Y坐标为
Figure FDA0003784728940000024
Figure FDA0003784728940000025
Z坐标为
Figure FDA0003784728940000026
工具头与板料接触点弯曲半径为：R6＝R0+R1+6l＝1460+6+42＝1508mm；
第七道次X坐标为
Figure FDA0003784728940000027
Figure FDA0003784728940000028
Y坐标为
Figure FDA0003784728940000029
Figure FDA00037847289400000210
Z坐标为
Figure FDA00037847289400000211
工具头与板料接触点弯曲半径为：R7＝R0+R1+7l＝1460+6+49＝1515mm；
v)根据计算得到的每道次工具头初始坐标以及与板料接触点的弯曲半径，根据
Figure FDA00037847289400000212
即可得到任意道次任意时刻工具头的位置坐标；
vi)将得到的位置坐标导入机器人控制程序中，运行程序，即可实现翻边件快速精确成形。
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