本發(fā)明面向個(gè)性化定制的汽車覆蓋件的沖孔設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于汽車覆蓋件的機(jī)器人沖孔系統(tǒng)，還涉及一種采用上述沖孔系統(tǒng)進(jìn)行沖孔的方法。

背景技術(shù)：

目前國外很多汽車企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)銷定制化，然而定制化產(chǎn)銷在國內(nèi)還處于萌芽階段。隨著家用汽車日益普及和汽車文化的形成，消費(fèi)者對(duì)汽車產(chǎn)品的個(gè)性化需求呈迅猛增長趨勢(shì)。汽車產(chǎn)品個(gè)性定制的發(fā)展過程中，個(gè)性化部件主要安裝在汽車車身上，需要在汽車覆蓋件上增加不同的安裝孔。目前傳統(tǒng)車身覆蓋件的制孔是通過沖孔模具在沖孔工序完成的。如果將個(gè)性化定制車身覆蓋件與批量生產(chǎn)車身的覆蓋件分別制造模具，那么動(dòng)輒幾十萬到上千萬的模具費(fèi)用、漫長的模具制造周期以及沖孔定位調(diào)整周期將是阻礙汽車個(gè)性化定制生產(chǎn)發(fā)展的巨大障礙。

工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)中能代替人做某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長時(shí)間作業(yè)，或是危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境下的作業(yè)，并且機(jī)器人與智能制造是當(dāng)下的先進(jìn)生產(chǎn)力，將成為全球經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的發(fā)動(dòng)機(jī)。機(jī)器人制孔技術(shù)的應(yīng)用主要集中在飛機(jī)制造領(lǐng)域，制孔方式主要是鉆鉚、銑、锪等，此外還有激光切割技術(shù)和等離子切割技術(shù)。汽車車身覆蓋件上的孔一般是要安裝一些飾件，若采用模具沖孔技術(shù)可以保證孔的一側(cè)圓潤，這樣便于飾件安裝。而采用鉆銑方式容易產(chǎn)生毛刺和棱邊，激光切割和等離子體切割價(jià)格昂貴也會(huì)產(chǎn)生棱邊，因此這些方式與傳統(tǒng)的沖孔方式相比在制孔質(zhì)量上并沒有優(yōu)勢(shì)。但是，目前沖孔的方式主要是停留在專機(jī)專用階段，特點(diǎn)是效率高，適合大批量生產(chǎn)；缺點(diǎn)是適應(yīng)性差，實(shí)現(xiàn)品種多樣化生產(chǎn)的成本巨大。

在此背景，我們提出把沖孔裝置作為末端執(zhí)行器與工業(yè)機(jī)器人相結(jié)合，開發(fā)出面向個(gè)性化定制的汽車覆蓋件柔性沖孔機(jī)器人系統(tǒng)，這種思路尚未見文獻(xiàn)報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種可實(shí)現(xiàn)多樣化工裝夾具安裝、多類型孔加工、縮短研發(fā)周期、降低研發(fā)成本的用于汽車覆蓋件的機(jī)器人沖孔系統(tǒng)。

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：一種用于汽車覆蓋件的機(jī)器人沖孔系統(tǒng)包括PLC控制柜、機(jī)器人控制柜、觸摸屏操作盤、操作按鈕盒和安全防護(hù)裝置；所述安全防護(hù)裝置包括安裝在工作區(qū)域外圍的安全圍欄、安全光柵和安全門；所述安全圍欄包括鋁合金框架和金屬網(wǎng)，安全圍欄內(nèi)設(shè)置有工作臺(tái)，工作臺(tái)包括高精度轉(zhuǎn)臺(tái)和安裝于高精度轉(zhuǎn)臺(tái)上的多工位工件夾具；與工作臺(tái)相鄰設(shè)置有機(jī)器人，機(jī)器人的機(jī)械臂上安裝有沖孔鉗；所述機(jī)器人控制柜與機(jī)器人信號(hào)相連，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的手動(dòng)及自動(dòng)運(yùn)行控制；所述PLC控制柜分別與工作臺(tái)、安全圍欄、安全門、機(jī)器人控制柜、觸摸屏操作盤、按鈕操作盒以及安全光柵信號(hào)相連，對(duì)整套設(shè)備進(jìn)行控制。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：將沖孔鉗作為末端執(zhí)行器與工業(yè)機(jī)器人相結(jié)合，開發(fā)出面向個(gè)性化定制的汽車覆蓋件柔性沖孔機(jī)器人系統(tǒng)，多工位工件夾具采用快換安裝方式，實(shí)現(xiàn)多樣化工件夾具安裝；沖孔鉗采用模塊化快換結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多類型孔加工，同時(shí)采用三行程沖壓方法，“軟到位”技術(shù)保證工作無沖擊振動(dòng)、無噪聲，極大的提高了工件沖壓加工質(zhì)量及模具壽命；面向個(gè)性化定制的車覆蓋件的柔性機(jī)器人沖孔系統(tǒng)可以大幅度降低新車研發(fā)成本、縮短研發(fā)周期，非常有利于汽車制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制為其在激烈的市場(chǎng)競爭中贏得競爭力。

優(yōu)選地：所述沖孔鉗采用三行程沖壓缸。

優(yōu)選地：所述安全門上配置有固定鎖和攜帶鎖。

優(yōu)選地：所述安全光柵包括橫向和縱向兩道光柵。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種采用上述機(jī)器人沖孔系統(tǒng)對(duì)汽車覆蓋件進(jìn)行沖孔的方法。

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：采用上述用于汽車覆蓋件的機(jī)器人沖孔系統(tǒng)進(jìn)行沖孔的方法，包括以下步驟：

步驟1，機(jī)器人系統(tǒng)供電開機(jī)，檢測(cè)機(jī)器人、工作臺(tái)、安全門和安全光柵是否狀態(tài)正常，若均正常則進(jìn)入步驟2；

步驟2，通過觸摸屏操作盤設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行模式和加工工件的種類；

步驟3，根據(jù)被加工工件種類，通過快換機(jī)構(gòu)選擇合適的沖孔鉗；

步驟4，分別將一對(duì)側(cè)圍和一對(duì)翼子板共4個(gè)工件通過多工位夾具固定在工作臺(tái)上，將高精度轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)到零位；

步驟5，PLC控制柜根據(jù)被加工工件種類以及沖孔位置，規(guī)劃合適的機(jī)器人沖孔路徑，機(jī)器人根據(jù)規(guī)劃的沖孔路徑將沖孔鉗移動(dòng)到預(yù)定沖孔位置；

步驟6，沖孔鉗采用三行程沖壓方法，首先驅(qū)動(dòng)模具快速小力接觸工件，然后在總行程范圍內(nèi)的任一位置，模具一旦接觸工件，即轉(zhuǎn)換為力行程，進(jìn)行沖壓加工，此時(shí)沖壓力自動(dòng)適應(yīng)外載的變化而施壓，最后模具返回起始位置；

步驟7，沖孔鉗完成工件第一個(gè)孔位沖孔任務(wù)后，重復(fù)步驟5和6，完成第一個(gè)工件所有沖孔任務(wù)后，機(jī)器人返回起始位置；

步驟8，工作臺(tái)將下一個(gè)被加工工件旋轉(zhuǎn)到機(jī)器人沖孔作業(yè)位，重復(fù)步驟3-7，依次完成4個(gè)工件的沖孔作業(yè)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的工作流程圖。

圖中：1、機(jī)器人；2、沖孔鉗；3、工作臺(tái)；4、安全圍欄；5、安全門；6、PLC控制柜；7、機(jī)器人控制柜；8、觸摸屏操作盤；9、按鈕操作盒；10、安全光柵；11、操作工人。

具體實(shí)施方式

為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例詳細(xì)說明如下：

請(qǐng)參見圖1，本發(fā)明包括包括PLC控制柜6、機(jī)器人控制柜7、觸摸屏操作盤8、操作按鈕盒9和安全防護(hù)裝置。

所述安全防護(hù)裝置包括安裝在工作區(qū)域外圍的安全圍欄4、安全光柵10和安全門5，分別與PLC控制柜6信號(hào)相連。安全圍欄4由鋁合金框架以及金屬網(wǎng)組成，安全美觀，方便觀察設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)；安全光柵10設(shè)置有橫、縱兩道，安裝在工作區(qū)域外圍，增加工人操作安全系數(shù)；所述安全門5配置有固定鎖和攜帶鎖，工人需要取下攜帶鎖才能打開安全門，工人進(jìn)入機(jī)器人區(qū)域時(shí)要將攜帶鎖帶在身上，即使外部關(guān)閉安全門，設(shè)備也不會(huì)啟動(dòng)對(duì)人造成傷害。

所述安全圍欄4內(nèi)設(shè)置有工作臺(tái)3，工作臺(tái)3包括高精度轉(zhuǎn)臺(tái)和安裝于高精度轉(zhuǎn)臺(tái)上的多工位工件夾具；與工作臺(tái)3相鄰設(shè)置有機(jī)器人1，機(jī)器人1的機(jī)械臂上安裝有沖孔鉗2。

其中，所述機(jī)器人1采用ABB大型六軸工業(yè)機(jī)器人IRB6700，通過編程實(shí)現(xiàn)多方位柔性沖孔動(dòng)作，位于安全圍欄4內(nèi)。

所述沖孔鉗2以TOX氣液增力缸作為動(dòng)力源，采用三行程沖壓方法，首先是氣動(dòng)的快進(jìn)行程，驅(qū)動(dòng)模具快速小力接觸工件，然后是氣液增力的力行程，在總行程范圍內(nèi)的任一位置，模具一旦接觸工件，即轉(zhuǎn)換為力行程，進(jìn)行沖壓加工，此時(shí)沖壓力自動(dòng)適應(yīng)外載的變化而施壓，最后是氣動(dòng)的返回行程，模具返回起始位置?！败浀轿弧奔夹g(shù)保證工作無沖擊振動(dòng)、無噪聲，極大的提高了工件沖壓加工質(zhì)量及模具壽命。

所述多工位工件夾具采用快換安裝方式，實(shí)現(xiàn)多樣化工件夾具安裝。轉(zhuǎn)臺(tái)采用異步電機(jī)+減速機(jī)作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力+編碼器，通過變頻器調(diào)速實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，結(jié)合編碼器反饋信號(hào)PLC控制系統(tǒng)計(jì)算轉(zhuǎn)臺(tái)位置，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)加速、均速、減速動(dòng)行及停止的精確控制，最后由機(jī)械定位裝置實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)高重復(fù)定位精度(±0.02)。轉(zhuǎn)臺(tái)的位置控制使用編碼器代替通常使用機(jī)械式或光電式開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的多角度位置停止，具有可靠性高、重復(fù)精度高、性價(jià)比高的特點(diǎn)。

所述機(jī)器人控制柜7由PLC主機(jī)+擴(kuò)展模塊+變頻器設(shè)備構(gòu)成與機(jī)器人1信號(hào)相連，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人1的手動(dòng)及自動(dòng)運(yùn)行控制；所述PLC控制柜6由PLC主機(jī)+擴(kuò)展模塊+變頻器設(shè)備構(gòu)成，分別與工作臺(tái)3、安全圍欄4、安全門5、機(jī)器人控制柜7、觸摸屏操作盤8、按鈕操作盒9以及安全光柵10信號(hào)相連，對(duì)整套設(shè)備進(jìn)行控制。

所述觸摸屏操作盤8與PLC控制柜6信號(hào)相連，大尺寸彩色觸摸屏更方便操作及信息顯示，在觸屏上可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品手動(dòng)、自動(dòng)的運(yùn)行，方便設(shè)備調(diào)式；實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品種類設(shè)置、顯示；實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警信息顯示，方便故障排除。

所述按鈕操作盒，設(shè)有暫停與啟動(dòng)按鈕，與PLC控制柜信號(hào)相連，控制系統(tǒng)的暫停與啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)操作方便、提高效率、降低操作人員要求。

本發(fā)明的工作原理為：操作工11將側(cè)圍、翼子板等4個(gè)工件都安裝到工作臺(tái)3上的多工位夾具上；操作按鈕盒9將啟動(dòng)信號(hào)傳遞給PLC控制柜6；PLC控制柜6根據(jù)操作按鈕盒9反饋的啟動(dòng)信號(hào)控制工作臺(tái)3上的高精度轉(zhuǎn)臺(tái)回到零位P1處；PLC控制柜6根據(jù)工作臺(tái)3反饋的位置信息與機(jī)器人控制柜7通訊；機(jī)器人控制柜7根據(jù)PLC控制柜6傳遞的工件位置信息以及PLC控制柜6規(guī)劃的合理沖孔路徑來進(jìn)一步控制機(jī)器人1運(yùn)動(dòng)到第一個(gè)沖孔預(yù)定位置；沖孔鉗2隨后采用三行程沖壓方法進(jìn)行沖孔，其中首先是驅(qū)動(dòng)模具快速小力接觸工件，然后是在總行程范圍內(nèi)的任一位置，模具一旦接觸工件，即轉(zhuǎn)換為力行程，進(jìn)行沖壓加工，此時(shí)沖壓力自動(dòng)適應(yīng)外載的變化而施壓，最后是驅(qū)動(dòng)模具快速返回起始位置，將沖孔完成的信號(hào)傳遞給機(jī)器人1；機(jī)器人1根據(jù)沖孔鉗2反饋的沖孔動(dòng)作完成信號(hào)，再次規(guī)劃沖孔路徑，移動(dòng)到本工件第二個(gè)沖孔位置，重復(fù)沖孔動(dòng)作，直至完成本工件所有沖孔工作，機(jī)器人1將完成本工件所有沖孔任務(wù)的信號(hào)返回給PLC控制柜6并自身返回起始位置；安全門5與安全光柵10在系統(tǒng)啟動(dòng)后時(shí)刻檢測(cè)操作工人11的安全狀態(tài)，將安全信號(hào)反饋給PLC控制柜，PLC控制柜根據(jù)接收到的安全門5與安全光柵10反饋的信號(hào)來控制機(jī)器的運(yùn)行與停止。

請(qǐng)參見圖2，采用上述機(jī)器人沖孔系統(tǒng)對(duì)汽車覆蓋件進(jìn)行沖孔的方法，包括以下步驟：

步驟1，機(jī)器人系統(tǒng)供電開機(jī)，檢測(cè)機(jī)器人1、工作臺(tái)3、安全門5和安全光柵10是否狀態(tài)正常，若均正常則進(jìn)入步驟2；

步驟2，通過觸摸屏操作盤8設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行模式和加工工件的種類；

步驟3，根據(jù)被加工工件種類，通過快換機(jī)構(gòu)選擇合適的沖孔鉗2；

步驟4，分別將一對(duì)側(cè)圍和一對(duì)翼子板共4個(gè)工件通過多工位夾具固定在工作臺(tái)3上，將高精度轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)到零位；

步驟5，PLC控制柜6根據(jù)被加工工件種類以及沖孔位置，規(guī)劃合適的機(jī)器人沖孔路徑，機(jī)器人1根據(jù)規(guī)劃的沖孔路徑將沖孔鉗移動(dòng)到預(yù)定沖孔位置；

步驟6，沖孔鉗2采用三行程沖壓方法，首先驅(qū)動(dòng)模具快速小力接觸工件，然后在總行程范圍內(nèi)的任一位置，模具一旦接觸工件，即轉(zhuǎn)換為力行程，進(jìn)行沖壓加工，此時(shí)沖壓力自動(dòng)適應(yīng)外載的變化而施壓，最后模具返回起始位置；

步驟7，沖孔鉗2完成工件第一個(gè)孔位沖孔任務(wù)后，重復(fù)步驟5和6，完成第一個(gè)工件所有沖孔任務(wù)后，機(jī)器人返回起始位置；

步驟8，工作臺(tái)3將下一個(gè)被加工工件旋轉(zhuǎn)到機(jī)器人沖孔作業(yè)位，重復(fù)步驟3-7，依次完成4個(gè)工件的沖孔作業(yè)。

本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，以上實(shí)施例僅用來說明本發(fā)明，而并非用作為對(duì)本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對(duì)以上所述實(shí)施例的變化，變形都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求書范圍內(nèi)。