文／冷志斌，孔堯，魏雪梅，吉方靖，王金榮·江蘇亞威機(jī)床股份有限公司

導(dǎo) 語(yǔ)

隨著折彎自動(dòng)化行業(yè)的蓬勃發(fā)展，高效的換模及模具庫(kù)位管理已經(jīng)成為制約產(chǎn)線效率的重要因素。本文結(jié)合WILA自動(dòng)換模系統(tǒng)及機(jī)械手，提出了一種新的模具快速精確更換方法。利用WILA的ACT、TIPS功能和折彎分析軟件生成的準(zhǔn)確的模具工位及編號(hào)需求，給到機(jī)械手完成模具的更換。

折彎?rùn)C(jī)的主要作用是將金屬板材折彎成具有一定形狀的工件，通過(guò)更換模具和多次折彎得到較為復(fù)雜的截面形狀，是金屬板材加工中不可缺少的設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于各種金屬板材加工行業(yè)，如飛機(jī)、船舶、汽車(chē)、電子設(shè)備、儀器儀表和醫(yī)療器械等行業(yè)。隨著這些行業(yè)的不斷發(fā)展，所需的折彎工件日趨復(fù)雜且數(shù)量龐大，這也對(duì)折彎?rùn)C(jī)技術(shù)提出了新的需求，即更好的折彎工藝和更高的折彎效率，以應(yīng)對(duì)不斷發(fā)展的行業(yè)需求，同時(shí)工件的種類(lèi)越復(fù)雜，所需要的模具種類(lèi)就越多，如何對(duì)眾多的模具進(jìn)行管理就顯得尤為重要。因此，折彎?rùn)C(jī)的自動(dòng)換模技術(shù)以及軌跡算法的研究具有重要意義。

目前市面上主流的自動(dòng)折彎方案是通過(guò)機(jī)械手和折彎?rùn)C(jī)的組合或者是手動(dòng)快夾和模具的組合。這種組合方式適用于大批量的生產(chǎn)，模具更換的頻次少，模具裝夾完成后，機(jī)械手夾持金屬板件進(jìn)行加工。但當(dāng)產(chǎn)品為小批量多批次時(shí)，模具更換頻繁，人工更換模具的方式耗時(shí)耗力，不能滿足高效、高質(zhì)的需求。我們采用的方式是折彎?rùn)C(jī)加機(jī)械手加WILA自動(dòng)換模系統(tǒng)。新增的WILA 自動(dòng)換模系統(tǒng)以及機(jī)械手完成模具的快速更換。

WILA 自動(dòng)換模系統(tǒng)

核心技術(shù)

WILA 自動(dòng)換模技術(shù)主要由兩個(gè)核心技術(shù)組成：ATC（自動(dòng)換模技術(shù)）和TIPS（模具識(shí)別與定位系統(tǒng)）。ATC 自動(dòng)換模技術(shù)如圖1 所示，模具上帶有ATC 接口，可以和滿足要求的機(jī)械臂進(jìn)行配合使用，機(jī)械臂通過(guò)ATC 接口抓取模具進(jìn)行操作。第二個(gè)核心技術(shù)是TIPS，即模具識(shí)別與定位系統(tǒng)，如圖2 所示。TIPS 由多個(gè)部分組成，如TIPS 識(shí)別標(biāo)簽、帶有TIPS 的夾緊系統(tǒng)、控制器以及PC。TIPS 系統(tǒng)通過(guò)識(shí)別標(biāo)簽對(duì)不同的模具進(jìn)行識(shí)別，通過(guò)控制器控制夾緊系統(tǒng)對(duì)模具的夾持，機(jī)械臂通過(guò)TIPS 系統(tǒng)知道期望的模具后，通過(guò)ATC 接口抓取模具進(jìn)行操作。

圖1 ATC 技術(shù)

圖2 TIPS 技術(shù)

通信流程

WILA 設(shè)備數(shù)據(jù)采集采用的是PC 機(jī)作為中間的傳輸系統(tǒng)，與機(jī)械臂和WILA 工具進(jìn)行數(shù)據(jù)溝通，通信采用三種數(shù)據(jù)：數(shù)字I/0、數(shù)值寄存器以及位置寄存器。

通信流程如圖3 所示，機(jī)器人向PC 機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)，PC 機(jī)采集WILA 設(shè)備的信息，如果設(shè)備準(zhǔn)備就緒（供電、線纜、溫度、電壓等都無(wú)問(wèn)題），PC 機(jī)向機(jī)器人反饋一個(gè)OK 的信號(hào)（記錄在數(shù)值寄存器內(nèi)）；如果有問(wèn)題發(fā)生，將人工干預(yù)對(duì)其進(jìn)行處理；如果沒(méi)有問(wèn)題機(jī)器人將繼續(xù)發(fā)送一個(gè)位置檢測(cè)信號(hào)，PC 機(jī)向折彎?rùn)C(jī)發(fā)送檢測(cè)信號(hào)，獲取數(shù)據(jù)完成之后，告訴機(jī)器人開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)完成之后，再繼續(xù)發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送完成信號(hào)，由機(jī)器人進(jìn)行讀取。

圖3 通信流程

自動(dòng)換模操作

坐標(biāo)系的選擇

折彎?rùn)C(jī)與模具庫(kù)坐標(biāo)系原點(diǎn)的選擇均位于設(shè)備左側(cè)如圖4、圖5所示的位置，坐標(biāo)系依據(jù)右手法則。

圖4 折彎?rùn)C(jī)坐標(biāo)系

圖5 模具庫(kù)坐標(biāo)系

抓取點(diǎn)反饋數(shù)據(jù)

在抓取過(guò)程中，折彎?rùn)C(jī)與模具庫(kù)上模具我們以BIU 模具為例，折彎?rùn)C(jī)與模具庫(kù)下模具我們以O(shè)ZU模具為例。

折彎?rùn)C(jī)上夾具：針對(duì)折彎?rùn)C(jī)上夾具，參考坐標(biāo)系原點(diǎn)相對(duì)于夾具底部平面距離37mm，相對(duì)于前端參考平面10mm，相對(duì)于左側(cè)平面0mm，如圖6 所示。折彎模具抓取點(diǎn)反饋回來(lái)的數(shù)據(jù)為（ID,X,Y,Z），其中BIU-012 模具X 值為-8.5mm，Y 值為-33.5mm，如圖6 中的left horn 的Z 值為T(mén)IPS 檢測(cè)到的值加8.8mm。若為right horn 則TIPS 檢測(cè)到的值減8.8mm，若無(wú)horn 則Z 值為T(mén)IPS 檢測(cè)到的值。

圖6 折彎?rùn)C(jī)上夾具

折彎?rùn)C(jī)下夾具：針對(duì)折彎?rùn)C(jī)下夾具，參考坐標(biāo)系原點(diǎn)相對(duì)于夾具底部平面距離20.5mm，相對(duì)于前端參考平面6.5mm，相對(duì)于左側(cè)平面0mm，如圖7所示。折彎模具抓取點(diǎn)反饋回來(lái)的數(shù)據(jù)為（ID,X,Y,Z），其 中OZU 模 具X 值 為0，Y 值 為30mm，Z 值 為T(mén)IPS 檢測(cè)到的值。

圖7 折彎?rùn)C(jī)下夾具

模具庫(kù)上夾具：針對(duì)模具庫(kù)上夾具，夾具參考坐標(biāo)系原點(diǎn)位于左側(cè)，坐標(biāo)原點(diǎn)相對(duì)于底部平面的距離為37mm，相對(duì)于前參考平面的距離為10mm，相對(duì)與左側(cè)平面0mm，如圖8 所示。折彎模具抓取點(diǎn)反饋回來(lái)的數(shù)據(jù)為（ID,X,Y,Z），其中BIU-012 模具X 值為-8.5mm，Y 值為-33.5mm，圖8 中的left horn 的Z 值為T(mén)IPS 檢測(cè)到的值加8.8mm。若為right horn 則TIPS 檢測(cè)到的值減8.8mm，若無(wú)horn 則Z 值為T(mén)IPS 檢測(cè)到的值。

圖8 模具庫(kù)上夾具

模具庫(kù)下夾具：針對(duì)模具庫(kù)下夾具，夾具參考坐標(biāo)系原點(diǎn)位于左側(cè)，坐標(biāo)原點(diǎn)相對(duì)于底部平面的距離為22.5mm，相對(duì)于前參考平面的距離為6.5mm，相對(duì)于左側(cè)平面的距離為0mm，如圖9 所示。折彎模具抓取點(diǎn)反饋回來(lái)的數(shù)據(jù)為（ID,X,Y,Z），其中OZU 模具X 值為0，Y 值為30mm，Z 值為T(mén)IPS 檢測(cè)到的值。

圖9 模具庫(kù)下夾具

自動(dòng)換模軌跡計(jì)算

模具取放規(guī)則

根據(jù)優(yōu)先不干涉的原則，機(jī)器人先從折彎?rùn)C(jī)上將不需要的模具取出，放入模具庫(kù)；然后將需要移動(dòng)的模具在折彎?rùn)C(jī)上進(jìn)行移位；最后從模具庫(kù)取出需要的模具放置在折彎?rùn)C(jī)上。每次執(zhí)行完以后必須和PC 機(jī)進(jìn)行位置信息確認(rèn)，保證模具放置精準(zhǔn)。

模具需求信息采樣

在PC 機(jī)上安裝折彎工件分析軟件，得出模具需求信息，如圖10 所示。工控機(jī)通過(guò)WILA 設(shè)備問(wèn)詢(xún)系統(tǒng)得到當(dāng)前4 段模具庫(kù)實(shí)際狀態(tài)，通過(guò)數(shù)據(jù)比對(duì)，根據(jù)模具取放規(guī)則，自動(dòng)計(jì)算出全部模具ID 放置位置。

圖10 分析軟件得出的模具需求

簡(jiǎn)要描述軌跡算法

折彎模具的位置信息如圖11 所示，（x.offset,y.offset, z.offset）位置數(shù)據(jù)為折彎模具換模抓手抓取點(diǎn)，相對(duì)于圖11 預(yù)定好參考坐標(biāo)系的距離值。我們系統(tǒng)中總共有4 個(gè)柔性?shī)A具，分別為折彎?rùn)C(jī)上夾具、折彎?rùn)C(jī)下夾具、模具庫(kù)上夾具、模具庫(kù)下夾具。

圖11 折彎模具的位置信息

結(jié)束語(yǔ)

隨著行業(yè)的不斷發(fā)展，原來(lái)的人工換模必然會(huì)慢慢轉(zhuǎn)向先進(jìn)高效的自動(dòng)換模技術(shù)，本文所采用的自動(dòng)換模技術(shù)，采用ATC 和TIPS 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了模具的精準(zhǔn)識(shí)別和快速更換，時(shí)間和人力成本大大降低。有效提升機(jī)器人在折彎產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用方面的技術(shù)水平，助力鈑金制造行業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)。