机器人在木工行业智能化加工的研究及应用!

金陵客 2020-11-17 13:00:00  来源:鲁班园

认证:优质家具生产领域创作者。

导读:
国外的先进技术和设备不断涌入,对国内木工机 械而言,挑战与机会并存。木工机械的自动化、柔性 化、智能化和集成化需求使加工设备的品种不断增加, 技术水平不断提高。受小批量、多品种订单限制,国内木工行业依靠人工作业方式仍然占据着主流位置。密集型消耗、恶劣作业环境非常突出,行业中亟待解决的问题使得关注、探讨和研究一套智能木工机械显得非常有 必要。

我国木工机械市场从无到有,从小到大,从弱到 强,逐渐形成一个完整的行业体系。从原始的手工业到 如今先进的数控技术,见证了我国经济的快速发展以及 人民生活水平的不断提高。

国外的先进技术和设备不断涌入,对国内木工机 械而言,挑战与机会并存。木工机械的自动化、柔性 化、智能化和集成化需求使加工设备的品种不断增加, 技术水平不断提高。受小批量、多品种订单限制,国内木工行业依靠人工作业方式仍然占据着主流位置。密集型消耗、恶劣作业环境非常突出,行业中亟待解决的问题使得关注、探讨和研究一套智能木工机械显得非常有 必要。

机器人在木工行业智能化加工的研究及应用!

01 

行业现状与发展趋势

01-1 木工机械市场现状

目前,全球木工机械市场正在向新兴工业国家转 移,中国木工机械市场已经具有相当规模,并且形成了 一个完整的行业体系。随着科学技术的进步,我国木工 机械在科研、教育、设计和生产方面都有提高,已形成 了一批有规模的企业,培养大批工程科技人员。中国木 工机械行业在2012年产值超过了德国,成为全球第一 大木工机械制造国,中国出口的木工机械产品已在中低 端市场上占据主导地位。而国内市场,中低端产品基本 能自给满足,高端产品则仍依靠国外进口。

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01-2 木工机械的现状与趋势

现如今,木工机械已经形成完整的产品体系和产 业链,木工机械呈现以下几个趋势。

(1)分工更加明细

木工机械生产正由大而全向专业化发展,类似专 做带锯机、砂光机等专业设备木工机械分工更加明确, 使得家具生产的各个环节更加专业化、深入化。

(2)整体方案输出

如今单一的设备输出已无法满足企业的生产需 要,木工机械行业正在从设计单一产品逐步走向设计生 产线、新型木工机械的开发及家具生产的智能化与生产 无人化规划。

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(3)定制化、柔性化

定制家具的工业化生产已经使家具工业发生了翻 天覆地的变化,木工机械需要更加灵活与柔性,以适应 家具定制化生产的需要。

(4)智能化

生产过程的工件不落地,数据的动态传输,自动 识别,自动调用加工,自动分拣、自动包装入库等将是 智能制造木工机械发展的必然趋势。

02 

机器人加工研究及解决方案

02-1 机器人木工加工系统探讨

应对个性定制化的小批量订单需求,降低设备投 入、人工投入、资金投入、降低生产周期及提高生产质 量等是企业一直追求的,因此木工行业对木工机械智能 化需求非常迫切。随着我国改革开放对国外先进技术和 设备的合作引进以及国内技术在木工机械方面的不断探 索与自主创新,我国的木工机械水平与国际间的差距逐 渐缩小。

但是当前我国木工机械整体行业布局不合理, 产品过分集中的产业结构、劳动密集型、技术型产品滞 后等特点非常明显,产业能源均消耗较大,且行业技术 创新能力比较薄弱。

机器人在木工行业智能化加工的研究及应用!

02-1 机器人木工加工研究及其解决方案

本项目是依靠离线编程技术,由机器人匹配自动换刀主轴执行木工制品的工艺雕铣,匹配自动上下料机 器人系统,完成木工雕铣单元加工件的自动上下料,实现多种木工产品的自动锯、雕、钻、车、铣等加工,构 成高效率、高质量、高可靠性的智能化机器人雕铣生产单元。

机器人在木工行业智能化加工的研究及应用!

▲总工作站布局图

项目设计上下料变位机装置、可预约程序总控系 统、机器人自动上下料系统、大负载GSK-RB165机器人、专用离线编程、高速大功率木工电主轴、多刀具 库换刀系统和柔性工装夹具实现不同工艺要求的自动 换刀加工,可根据需要设置多套工件定位夹具,变位 机伺服控制精确定位和按需切换工装夹具,以此实现 工件的提前预装、快速切换和自动雕铣任务。各功能 单元介绍如下:

(1)上下料平台一

变位机由底座、主动模块、从动模块、夹具安装 支架组成,主动模块有大功率电机连接减速器作为输 出。可根据需要设计常规圆棒、平板类夹具,满足多款 工件的兼容。

圆棒类夹具可由调节端气动卡盘、定位端基准板 等组成,可调整加工端伸出长度。定位气动卡盘模块 有端部定位板用于上料时工件的定位,保证加工基准 统一。 

板料夹具由多组气动夹部分组成,可以整体移 动,便于适应尺寸大小不同板料的位置调准。对应的气 动夹可自动松合,避开机器人主轴刀具运动轨迹。

(2)上下料平台二

变位机由底架、主动模块、从动模块、顶升轴、气动卡盘、独立行走丝杆轴、夹持气缸等组成。主动模 块以大功率电机连接减速箱作为输出,夹具安装板设置 可调节夹具安装位置T型槽,气动卡盘爪设置上料定位 台阶,保证加工基准统一。

(3)上下料抓手

机器人上下料抓手设计为双工位手抓,满足毛坯 件和成品件的快速取放。手指根据工件种类、重量、外 形、尺寸等分类设计可调,满足多类型工件的毛坯、成 品零件的柔性抓取。

(4)毛坯料仓

根据木工毛坯来料特点,结合低成本要求,由倾 斜支架、靠边档杆等组成倾斜排列式料仓。支架设计成 倾斜式,可调节倾斜度。人工上料时将工件一一贴紧,工件自重向下紧靠边定位。

(5)成品料仓 

可设计简易滑板配套简易支杆料架,满足不同成 品收件的兼容。

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▲总工作站工艺流程

加工过程中故障,比如气压不足、库换刀问题、 工件不到位、料库无料、顶料过载等等加工过程中问 题,系统会及时暂停和显示报警,紧急情况时可通过人 工急停参与干预。通过离线程序导入、多刀库预置和柔性机构设 计,机器人雕铣程序、上料平台、料仓、手抓等更换时 间大大缩短。整个机器人雕铣系统实现了多款圆棒、方 棒、板件木制品的无人自动加工,满足常规生产效率与 表面加工质量。

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▲应用现场图实拍

03 

结 论

家具的定制浪潮还在继续,人们的个性化需求需 要更加灵活的生产方案来满足,单一设备的发展不足以 满足现状,整体化的生产方案更具优势。在市场的推动 下,只有拥有符合大众需求的产品,才能拥有广阔的市 场,以市场需求激发科研人员创造出“第一质量”的产 品,才能在木材机械行业当中走的更远。 

本文梳理了当前木工行业现状,对木工机械发展 趋势、需求进行了总结,研发了一款机器人智能木工加 工系统设备,实现了木工制品多工艺机器人一体化加工 任务,解决了小批量、多品种,特别是定制化木工制品 高效、稳定的无人自动化生产要求。替换了木工行业多 工序、多专用加工设备、多人工的作业场景,大大缩短 了新木工制品的研发、生产周期,提高了生产质量和效 率,供行业参考。

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