[发明专利]一种工业机器人渐进成形装置及成形方法

说明书

本发明公开了一种工业机器人渐进成形装置及成形方法，分离式上压板(3)和可控电磁铁(2)相配合来提供成形过程中板料(6)所需的压边力，单元柔性支撑体(4)安装排列在下支撑底座(1)上的各气压缸(12)中，并在各气压缸(12)的进气口处安装有与气体增压泵相连接的气体增压泵接头(13)；可控电磁铁直流电源控制器与工业机器人控制系统相连，直流电源控制器根据加工位置信息控制距离加工位置最近的可控电磁铁的电磁力来调整对应的分离式上压板对板料所施加的压边力。采用可调式电磁铁和分离式上压板压紧结构，实现了板料快速装夹与卸载，以及加工过程中对板料四周压边力的控制，提高了板料成形过程中的抗破裂能力。

技术领域

本发明属于工业机器人渐进成形加工技术领域，具体涉及一种工业机器人渐进成形装置及其成形方法。

背景技术

工业机器人渐进成形技术主要是基于工业机器人加工技术与板料数控渐进成形技术，同时结合工业机器人离线编程技术、计算机三维建模技术以及塑性成形技术所形成的一种高效的柔性无模制造技术，该技术采用了“降维”的思想模式，在竖直方向上将复杂的三维钣金件外轮廓离散成若干等高线层，并在各等高线层面上生成机器人加工轨迹，工业机器人控制成形工具头沿该等高线层上的加工轨迹逐层进行塑性加工，最终将板料成形为所需的三维钣金件。该成形方法省去了昂贵的模具设计与制造费用，摆脱了传统数控加工机床的束缚，实现了钣金件的数字化设计与加工，特别适用于小批量定制生产以及多品种、形状复杂的钣金件成形。

由于工业机器人渐进成形其特殊的加工方式，如图1所示，原始板料被上下压板通过内六角螺钉装夹在中间，成形工具头在工业机器人的控制下对原始板料进行剪切变形，成形区域的材料在压力作用下沿着工件轴向作剪切流动，因此成形出的钣金件存在各种缺陷(如初始阶段的板料弯曲、板料回弹、破裂以及底部的鼓包效应)，导致成形出的钣金件精度难以提高，其中影响最严重的就是板料弯曲与破裂问题，现有生产设备和工艺亟待改进。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足以及工业机器人渐进成形的特点，提供了一种工业机器人渐进成形装置及成形方法，使得工业机器人渐进成形在加工异形轮廓钣金件过程中，下压板可以提供充分的支撑，改善成形过程中板料弯曲问题，同时采用可调式电磁铁和分离式上压板压紧结构，实现了板料快速装夹与卸载，以及加工过程中对板料四周压边力的控制，提高了板料成形过程中的抗破裂能力。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种工业机器人渐进成形方法，包括以下步骤：

(1)将板料(6)放置于下支撑底座(1)上，并将四个分离式上压板(3)放置于板料(6)的四边，同时开启四周可控电磁铁(2)将板料(6)压紧，完成工件的装夹；

(2)启动工业机器人，安装直径为D的成形工具头(5)，导入工业机器人加工指令代码，并将加工坐标系设置于下支撑底座(1)上表面的中心位置；

(3)将可控电磁铁(2)的直流电源控制器与工业机器人控制系统相连，实现工业机器人控制系统向直流电源控制器实时传输加工位置信息，包含加工点在水平面上的投影坐标(a,b)以及该点成形角θ的数据，直流电源控制器根据加工位置信息控制距离加工位置最近的可控电磁铁(2)的电磁力来调整对应分离式上压板(3)对板料(6)所施加的压边力，其电流强度控制公式为：

式中：I为直流电源控制器输出的电流强度，单位为A；k为漏磁系数，一般取1.2-5.0；λ为气隙长度，单位为mm；μ₀为空气磁导系数，为1.25×10^-6H/m；S为磁路截面积，单位为mm²；n为线圈匝数；(a，b)为加工点在水平面上的投影坐标，单位为mm；δ为板料厚度，单位为mm；σ_b为板料的抗拉强度，单位为MPa；θ为钣金件的成形角度，单位为°；μ为板料与分离式上压板之间的摩擦系数；