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机器人打磨-工具篇丨PCFC恒力浮动打磨装置

机器人打磨-工具篇丨PCFC恒力浮动打磨装置

2022/6/30 13:39:46

抛光打磨,是制造业中一道不可或缺的基础工序,近年来,机器人打磨、抛光、去毛刺发挥着越来越重要的作用。众所周知,ATI的机器人材料去除工具是浮动的可恒力控制的柔性打磨工具,可覆盖多种不通过材料去除应用场景,如去毛刺、去毛边、倒角及其他一些表面处理等。之前我们详细介绍过ATI径向浮动毛刺清理工具RC-340、轴向浮动精加工工具ACT-390和浮动偏心振动砂光机AOV-10,今天我们将从多角度为您介绍我们的新产品-轴向浮动力控装置PCFCPCFC的浮动和力控性能为自动化的实现过程创造了更大可能性。可完美匹配用户的刚性末端执行器,以进行比如工作台的磨削、模具打磨、切割及浇冒口去除等工作。

一、  PCFC介绍

PCFCATI近两年新推出的一款产品,全称Passive Compliance Force Control是被动式柔顺力控的缩写,它是一款应用极为广泛的恒力可浮动控制的末端适配工具,主要用于机器人打磨应用中对打磨工具的恒力浮动控制。

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该浮动单元的末端法兰可以实现12mm的直线浮动,法兰末端可以连接多种打磨工具,机器人借助PCFC可以实现恒力浮动打磨。如下图:

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PCFC结构图

PCFC的基本参数,包括重量,力的范围,力矩范围,浮动行程,尺寸大小。PCFC有三个型号,ABC。外形尺寸相同,浮动力的量程不同。

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技术参数表

1)特点一:选配功能

PCFC还有选配的功能,工具自重补偿和浮动位置显示。如果用到这些功能,就需要用到PCFC里已经内置的电气元件,MCU微控制器,陀螺仪姿态传感器,位置传感器。此时的PCFC需要供电。

位置显示功能,需要提前校准,校准后,位置信息会通过PCFC上的指示灯做初步显示,便于调试的时候观察。另外也会通过模拟量信号,告诉机器人控制柜或者PLC,具体浮动所停留的位置,以便编程和控制。

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校准示意图

校准的时候,做有个刻度表,12mm的行程,每伸出1mm, 记录一次,对应一个电压模拟量。同时指示灯也会有相应的提示。

 

2)特点二:自重补偿功能

工具自重补偿功能,跟称重货物的时候,去皮功能类似。任何工具都有自重,自重引起的重力,在打磨工具的不同姿态的情况下,会影响打磨力的大小。工具本身的重量和工具在空间中的姿态,会影响实际施加在工件上的力。工具自重补偿功能,可以保证打磨工具在不同的姿态下,和工件的接触打磨力是恒定的。

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图片中,W 工具自重(Weight)P设置压力(Extend Compliance Force)C 工具重力补偿(Gravity Compensation )。PCFC的工具自重补偿,基本原理是PCFC内置一个MCU(微控制器),可以通过内置的陀螺仪加速计采集到工具的空中姿态变化数据,然后MCU计算出需要多大的气压来补偿工具的重量,并通过发出模拟量调控电子比例阀,来调整输出压力,而给工具的自重归零。

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以上是电子比例阀在PCFC上的位置。两个电子比例阀,一个用来抵消工具的自重,一个用来控制打磨的压力。

二、径向浮动和轴向浮动的受力说明及工具选择

我们在描述机器人打磨工具的时候,经常用到径向浮动和轴向浮动的说法。这里的径向和轴向,指的是圆形磨具的径向和轴向。绝大多数刀具或者磨具,都可以简化为一个圆柱体。打磨的时候,圆柱体磨具旋转。一种情况是圆柱体的端面和工件接触,这种时候磨具是轴向受力;另外一种情况是,圆柱的圆周面和工件接触,这种时候磨具是径向受力。

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带动磨具旋转的主轴有的直向的,有的是角向的。直向是指马达的旋转轴和磨具的旋转是同心或者平行的。角向是指马达的旋转轴(外躯壳)和所带动的磨具的旋转方向是有角度的(一般的角磨机是接近90度)。

任何打磨工艺,都是先选择磨具,再选择动力工具,再选择浮动方向。也就是说,先要选择磨具的形状,直径,打磨面是圆周面或者端面,然后在选择是直向电主轴,还是角向打磨主轴。再规划工具怎么浮动,即轴向浮动或者径向浮动。

三、PCFC和工具的安装方式

PCFC可以和打磨工具的安装方式:中空平行安装,侧面平行安装,垂直安装。

平行安装指的是工具的躯干(通常为马达部分)和PCFC的浮动方向是平行的。垂直安装是指打磨工具的躯干和PCFC浮动方向是垂直的。平行安装的话,最好中空安装,侧面安装,偏转力矩要限制在15 Nm之内。

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可以连接的常用工具有直向电主轴(或者气动主轴),角向磨光机(电动或气动角磨机),另外还有偏心振动圆盘砂光机,偏心振动方砂机,砂带机,或者其他的打磨工具。

四、PCFC的打磨经典案例

1.角磨机打磨弧焊焊缝案例

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拼焊后的平面焊缝打磨,电动角磨机和PCFC垂直安装。配的磨具是弹性百叶盘,用的是百叶盘的端面打磨,百叶盘在做轴向浮动。百叶盘弹性磨料,打磨出表面,过度更平滑,也可以让机器人打磨的容错性更高。

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PCFC提供恒力的情况,打磨焊缝是否到位,主要看打磨的次数,或者说打磨的时间。

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角磨机可以自动更换砂碟。采用类似于电主轴锥形刀柄的方式。先把磨具砂碟装在夹具上,夹具上有个锥形连接口,可以和角磨机自动连接,摆放好后相当于一个磨具库。通常一个砂碟的寿命在十几或几十分钟,所以需要新旧更换。另外也有需要不同力度更换的情况,因此自动化打磨都需要一个磨具库,跟CNC机床的刀具库是类似的。

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弧焊拼焊后,拐角区域的焊缝需要简单清理。利用百叶盘磨具的外圆部分,配合PCFC的轴向浮动,可以完成恒力打磨。

2.角磨机打磨摩擦焊案例

现在越来越多的铝合金型材拼起来后产生摩擦焊。摩擦焊一般需要除去的是溢料。溢料比弧焊的焊缝更容易去除。用的打磨工具也是电动角磨机+百叶盘砂碟。

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3.角磨机打磨不锈钢焊缝

1)中空安装打磨主轴的案例一

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PCFC是一个中空浮动套,可容纳直径是62mm的主轴。图中的电动角磨机的躯干部分直径小于62mm, 通过一个夹具装在浮动铜套里,这就是中空平行安装。这种安装方式,和被打磨工件接触的是砂碟的圆周面,也是砂碟是径向浮动。

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打磨不锈钢拐角区域,百叶盘磨平焊缝,无纺布砂碟抛光磨平后的区域

2)中空安装打磨主轴的案例二

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左图是在PCFC里,中空安装了一个气动马达主轴。上面装了一个钢丝刷,对工件表面进行打磨。和被打磨工件接触的是刷子的端面,刷子是轴向浮动。

PCFC也可以负载一个直径小于62mm的电主轴。电主轴有个好处,就是可以调速,另外更换刀柄的方法也比较成熟。磨具需要新旧更换或者型号更换。

4.直柄打磨机打磨拐角

直柄打磨机和PCFC垂直安装,即打磨机的躯干(电机部分)和PCFC的浮动方向垂直。

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直柄打磨机,打磨拐角焊缝。磨具是圆柱形砂轮,和工件接触的是磨具的圆周面,磨具是径向浮动。

5.圆盘偏心振动砂光机打磨平面

偏心振动打磨机,主要用于打磨平面。可以配合砂纸,也可以配合百洁布。砂纸有一定的切削力,百洁布主要是清洁和调和作用。也可以配合抛光垫,对表面进行抛光。

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案例分别用砂纸和百洁布,对模具表面进行打磨和清洁

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使用偏心振动砂光机带着海绵垫对表面进行抛光

6.方形偏心振动砂光机打磨平面

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偏心振动方砂机,也是用于打磨平面。砂纸托盘是方形的,可以打磨到直角拐角区域。

7.砂带机

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砂带机又称锉刀砂带机,形状接近往复挫,可应用场景为焊接后的焊缝打磨,压铸后的飞边、顶针印打磨等。砂带机既可以垂直安装,也可以中空平行安装。

8. PCFC带着打磨工具,固定在桌面上

该案例是将PCFC放在桌面上,机器人抓着工件去靠近打磨工具进行打磨。

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左图案例为双头打磨机,一头是无纺布砂轮,另外一头是尼龙针刷。两者结合起来高效清理铝合金型材切口的毛刺。

右图案例是将砂带机固定在PCFC上,对钢棒的表面进行去锈抛光。

9. PCFC和夹具配合,装在机器人末端

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夹具固定在PCFC上,PCFC再固定在机器人末端,然后抓着工具去靠近打磨工具。在打磨的压力方向上,有PCFC浮动,可以实现恒力打磨。

 

PCFC是一个直线浮动机构,根据磨料与工件接触的圆周面或者端面形况,确定是轴向浮动还是径向浮动,选择直向主轴或者角向主轴,或者砂带机,偏心振动砂光机。然后设计出一个合理的恒力打磨方案。

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柳威
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