CN207839679U - 一种金属板材折弯机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种金属板材折弯机，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。本申请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。

Description

一种金属板材折弯机

技术领域

本实用新型涉及金属板材加工领域，特别是一种金属板材折弯机。

背景技术

近年来，金属板材加工领域，自动化加工技术的应用逐渐普及。金属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的中国实用新型专利申请，其实用新型创造的名称为“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的中国实用新型专利申请，其实用新型创造的名称为“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。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种金属板材折弯机，该金属板材折弯机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，本实用新型采用的技术方案是：

一种金属板材折弯机，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金属板材的夹具。

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为折弯过程中金属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。

折弯过程中金属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。

本实用新型具有如下有益效果：

1、上述抓手及多根手指的设置，能实现多个金属板材零件同时进行折弯。

2、本实用新型能根据需要设置成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，能使金属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显示了本实用新型一种金属板材折弯机的结构示意图。

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显示了折弯过程中金属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金属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.金属板材。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，一种金属板材折弯机，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，实现金属板材110尺寸的精确定位；通过手指的转动，实现折弯时金属板材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，金属板材的两侧能与位移传感器相接触，从而对金属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，本实用新型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金属板材的夹具。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为折弯过程中金属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；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。

上述折弯过程中金属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，式中忽略金属板材厚度的影响。

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。

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

Claims (8)

1.一种金属板材折弯机，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金属板材的夹具。

2.根据权利要求1所述的金属板材折弯机，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所述的金属板材折弯机，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所述的金属板材折弯机，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所述的金属板材折弯机，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所述的金属板材折弯机，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为折弯过程中金属板材与水平面之间的夹角。

7.根据权利要求1所述的金属板材折弯机，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所述的金属板材折弯机，其特征在于：折弯过程中金属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。