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機器人打磨-工具篇丨PCFC恒力浮動打磨裝置

機器人打磨-工具篇丨PCFC恒力浮動打磨裝置

2022/6/30 13:39:46

拋光打磨,是制造業中一道不可或缺的基礎工序,近年來,機器人打磨、拋光、去毛刺發揮著越來越重要的作用。眾所周知,ATI的機器人材料去除工具是浮動的可恒力控制的柔性打磨工具,可覆蓋多種不通過材料去除應用場景,如去毛刺、去毛邊、倒角及其他一些表面處理等。之前我們詳細介紹過ATI徑向浮動毛刺清理工具RC-340、軸向浮動精加工工具ACT-390和浮動偏心振動砂光機AOV-10,今天我們將從多角度為您介紹我們的新產品-軸向浮動力控裝置PCFC。PCFC的浮動和力控性能為自動化的實現過程創造了更大可能性??赏昝榔ヅ溆脩舻膭傂阅┒藞绦衅?,以進行比如工作臺的磨削、模具打磨、切割及澆冒口去除等工作。

一、  PCFC介紹

PCFCATI近兩年新推出的一款產品,全稱Passive Compliance Force Control是被動式柔順力控的縮寫,它是一款應用極為廣泛的恒力可浮動控制的末端適配工具,主要用于機器人打磨應用中對打磨工具的恒力浮動控制。

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該浮動單元的末端法蘭可以實現12mm的直線浮動,法蘭末端可以連接多種打磨工具,機器人借助PCFC可以實現恒力浮動打磨。如下圖:

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PCFC結構圖

PCFC的基本參數,包括重量,力的范圍,力矩范圍,浮動行程,尺寸大小。PCFC有三個型號,A,B,C。外形尺寸相同,浮動力的量程不同。

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技術參數表

1)特點一:選配功能

PCFC還有選配的功能,工具自重補償和浮動位置顯示。如果用到這些功能,就需要用到PCFC里已經內置的電氣元件,MCU微控制器,陀螺儀姿態傳感器,位置傳感器。此時的PCFC需要供電。

位置顯示功能,需要提前校準,校準后,位置信息會通過PCFC上的指示燈做初步顯示,便于調試的時候觀察。另外也會通過模擬量信號,告訴機器人控制柜或者PLC,具體浮動所停留的位置,以便編程和控制。

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校準示意圖

校準的時候,做有個刻度表,12mm的行程,每伸出1mm, 記錄一次,對應一個電壓模擬量。同時指示燈也會有相應的提示。

 

2)特點二:自重補償功能

工具自重補償功能,跟稱重貨物的時候,去皮功能類似。任何工具都有自重,自重引起的重力,在打磨工具的不同姿態的情況下,會影響打磨力的大小。工具本身的重量和工具在空間中的姿態,會影響實際施加在工件上的力。工具自重補償功能,可以保證打磨工具在不同的姿態下,和工件的接觸打磨力是恒定的。

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圖片中,W 工具自重(Weight),P設置壓力(Extend Compliance Force),C 工具重力補償(Gravity Compensation )。PCFC的工具自重補償,基本原理是PCFC內置一個MCU(微控制器),可以通過內置的陀螺儀加速計采集到工具的空中姿態變化數據,然后MCU計算出需要多大的氣壓來補償工具的重量,并通過發出模擬量調控電子比例閥,來調整輸出壓力,而給工具的自重歸零。

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以上是電子比例閥在PCFC上的位置。兩個電子比例閥,一個用來抵消工具的自重,一個用來控制打磨的壓力。

二、徑向浮動和軸向浮動的受力說明及工具選擇

我們在描述機器人打磨工具的時候,經常用到徑向浮動和軸向浮動的說法。這里的徑向和軸向,指的是圓形磨具的徑向和軸向。絕大多數刀具或者磨具,都可以簡化為一個圓柱體。打磨的時候,圓柱體磨具旋轉。一種情況是圓柱體的端面和工件接觸,這種時候磨具是軸向受力;另外一種情況是,圓柱的圓周面和工件接觸,這種時候磨具是徑向受力。

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帶動磨具旋轉的主軸有的直向的,有的是角向的。直向是指馬達的旋轉軸和磨具的旋轉是同心或者平行的。角向是指馬達的旋轉軸(外軀殼)和所帶動的磨具的旋轉方向是有角度的(一般的角磨機是接近90度)。

任何打磨工藝,都是先選擇磨具,再選擇動力工具,再選擇浮動方向。也就是說,先要選擇磨具的形狀,直徑,打磨面是圓周面或者端面,然后在選擇是直向電主軸,還是角向打磨主軸。再規劃工具怎么浮動,即軸向浮動或者徑向浮動。

三、PCFC和工具的安裝方式

PCFC可以和打磨工具的安裝方式:中空平行安裝,側面平行安裝,垂直安裝。

平行安裝指的是工具的軀干(通常為馬達部分)和PCFC的浮動方向是平行的。垂直安裝是指打磨工具的軀干和PCFC浮動方向是垂直的。平行安裝的話,最好中空安裝,側面安裝,偏轉力矩要限制在15 Nm之內。

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可以連接的常用工具有直向電主軸(或者氣動主軸),角向磨光機(電動或氣動角磨機),另外還有偏心振動圓盤砂光機,偏心振動方砂機,砂帶機,或者其他的打磨工具。

四、PCFC的打磨經典案例

1.角磨機打磨弧焊焊縫案例

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拼焊后的平面焊縫打磨,電動角磨機和PCFC垂直安裝。配的磨具是彈性百葉盤,用的是百葉盤的端面打磨,百葉盤在做軸向浮動。百葉盤彈性磨料,打磨出表面,過度更平滑,也可以讓機器人打磨的容錯性更高。

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PCFC提供恒力的情況,打磨焊縫是否到位,主要看打磨的次數,或者說打磨的時間。

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角磨機可以自動更換砂碟。采用類似于電主軸錐形刀柄的方式。先把磨具砂碟裝在夾具上,夾具上有個錐形連接口,可以和角磨機自動連接,擺放好后相當于一個磨具庫。通常一個砂碟的壽命在十幾或幾十分鐘,所以需要新舊更換。另外也有需要不同力度更換的情況,因此自動化打磨都需要一個磨具庫,跟CNC機床的刀具庫是類似的。

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弧焊拼焊后,拐角區域的焊縫需要簡單清理。利用百葉盤磨具的外圓部分,配合PCFC的軸向浮動,可以完成恒力打磨。

2.角磨機打磨摩擦焊案例

現在越來越多的鋁合金型材拼起來后產生摩擦焊。摩擦焊一般需要除去的是溢料。溢料比弧焊的焊縫更容易去除。用的打磨工具也是電動角磨機+百葉盤砂碟。

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3.角磨機打磨不銹鋼焊縫

1)中空安裝打磨主軸的案例一

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PCFC是一個中空浮動套,可容納直徑是62mm的主軸。圖中的電動角磨機的軀干部分直徑小于62mm, 通過一個夾具裝在浮動銅套里,這就是中空平行安裝。這種安裝方式,和被打磨工件接觸的是砂碟的圓周面,也是砂碟是徑向浮動。

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打磨不銹鋼拐角區域,百葉盤磨平焊縫,無紡布砂碟拋光磨平后的區域

2)中空安裝打磨主軸的案例二

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左圖是在PCFC里,中空安裝了一個氣動馬達主軸。上面裝了一個鋼絲刷,對工件表面進行打磨。和被打磨工件接觸的是刷子的端面,刷子是軸向浮動。

PCFC也可以負載一個直徑小于62mm的電主軸。電主軸有個好處,就是可以調速,另外更換刀柄的方法也比較成熟。磨具需要新舊更換或者型號更換。

4.直柄打磨機打磨拐角

直柄打磨機和PCFC垂直安裝,即打磨機的軀干(電機部分)和PCFC的浮動方向垂直。

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直柄打磨機,打磨拐角焊縫。磨具是圓柱形砂輪,和工件接觸的是磨具的圓周面,磨具是徑向浮動。

5.圓盤偏心振動砂光機打磨平面

偏心振動打磨機,主要用于打磨平面??梢耘浜仙凹?,也可以配合百潔布。砂紙有一定的切削力,百潔布主要是清潔和調和作用。也可以配合拋光墊,對表面進行拋光。

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案例分別用砂紙和百潔布,對模具表面進行打磨和清潔

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使用偏心振動砂光機帶著海綿墊對表面進行拋光

6.方形偏心振動砂光機打磨平面

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偏心振動方砂機,也是用于打磨平面。砂紙托盤是方形的,可以打磨到直角拐角區域。

7.砂帶機

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砂帶機又稱銼刀砂帶機,形狀接近往復挫,可應用場景為焊接后的焊縫打磨,壓鑄后的飛邊、頂針印打磨等。砂帶機既可以垂直安裝,也可以中空平行安裝。

8. PCFC帶著打磨工具,固定在桌面上

該案例是將PCFC放在桌面上,機器人抓著工件去靠近打磨工具進行打磨。

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左圖案例為雙頭打磨機,一頭是無紡布砂輪,另外一頭是尼龍針刷。兩者結合起來高效清理鋁合金型材切口的毛刺。

右圖案例是將砂帶機固定在PCFC上,對鋼棒的表面進行去銹拋光。

9. PCFC和夾具配合,裝在機器人末端

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夾具固定在PCFC上,PCFC再固定在機器人末端,然后抓著工具去靠近打磨工具。在打磨的壓力方向上,有PCFC浮動,可以實現恒力打磨。

 

PCFC是一個直線浮動機構,根據磨料與工件接觸的圓周面或者端面形況,確定是軸向浮動還是徑向浮動,選擇直向主軸或者角向主軸,或者砂帶機,偏心振動砂光機。然后設計出一個合理的恒力打磨方案。

審核編輯(
柳威
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