2015年9月7日 星期一

木材研磨淺談

木材研磨的機制與金屬研磨相近,但是因為木材不只是纖維結構組成的異方性材料,樹種也很多,同一樹種間的材質差異也不同。因此物性的多樣性,以至木材研磨加工不易自動化的原因之一。

木材研磨的工具最常用砂紙、砂布。依基材、研磨材、接著劑三構成要素、形狀、及製造方法而有不同性能,依研磨目的選用。也有一部份用木材用磨削砂輪,因木材為軟質,容易發生者塞或研磨燒痕,所以除了彈性砂輪等特殊研磨砂輪外,很少利用。

木材會因為磨擦過熱而焦黑
砂布紙的研磨加工總稱為砂布砂紙加工,這有帶式研磨法、圓筒研磨法、圓盤研磨法等等,其中最用的是帶式研磨法。若依工件與研磨帶的接觸方式分為觸輪式、台式、及自由帶式。這些方式應用於平面、曲面或圓筒面等形狀的研磨。


 木材表面的纖維配列因取材方法而異,基本斷面可分為橫切面、徑切面、弦切面。依纖維方向與工具運動方向的組合而有各種研磨加工,例如
1.      縱研磨:平行於纖維方向的研磨,容易生成切屑,而且切削條痕的纖維破壞少而整齊,條痕的隆起也極小,此切屑形態為折斷型與收縮型連成的的長形狀,此時,弦切面與徑切面幾無差異。
2.      橫研磨:垂直於纖維方向的研磨,切削條痕在兩側成鋸齒狀窄溝,切屑小,生成量少。
3.      橫切面研磨:橫切面的研磨,切削條痕整齊,纖維殘留而不直接切斷,幾不生成切屑。

研磨面的品質影響了後續木製品的塗裝與觸感,但因為纖維的異質性,所以評價的方法相當複雜,例如觸感法、Shadow test法等等。不過可以確定的是木材研磨是幾乎可以完全防止以切削工具切削木材時特有的逆紋挖起。但是研磨的條件不適切的話,又加上切刃鈍化的話,會在研磨面發生木材特有的起毛,起毛的是磨料切刃未完全削除切屑,會造成塗裝上的障礙,大大降降品質。

而木材研磨工具上,因為木材表面為研度低的軟纖維,大都採用乾式研磨,不易排出切屑,會附著工具表面而堵塞,且含大量樹脂會累積在研磨面上,再加上研磨熱,會助長堵塞,而使砂紙壽終正寢。

講了這麼多,對於一般木材,實務上就是過平刨機之後,從粒度120號的乾式砂紙開始磨起,延著縱研磨的方向順向進行粗磨,然後用#180或#240進行中磨,最後用#320進行細磨。不像金屬可以磨到#1200以上,兩種材料不能用同樣的觀點來看之。

2015年8月12日 星期三

Automation CAD Seminar (14) -- 機械手臂應用:機械手臂框圈裝配線


在裝配線上放了兩隻Yaskawa的機械手臂,進行組裝。

首先看一下手臂前端的設計,看來常規都是使用Parallel Gripper,
像下圖中使用PHD GRW 13來控制夾爪。


利用第六軸的旋轉,可以進行置換





2015年8月8日 星期六

Automation CAD Seminar (13) -- 機械手臂應用:警報器自動組裝站

今天要介紹的是利用機械手臂組裝警報器的設備。
整個設備如上圖,最外桿有框架,其次
(1) 兩側有送料斗,用振動的方式把其中的料件送到中間
(2) 有一台ABB的機械手臂,用來取料放料組裝
(3) 有一個組裝平台
(4) 有兩組輸送帶,推估是一個送料進來,一個送料出去的
(5) 最後還有一組控制器 (不過為何ABB要放Fanuc的控制器,應該只是作者放示意的而已)

拿掉框架,再仔細看一下整體Layout,可以看到剛剛說的 (2)~(5)的東西

仔細看各部分,手臂的部分是ABB IRB120,蠻小隻的,負重只有3公斤,
移動範圍約0.58公尺,主要用在組裝、上下料、包裝點膠之類的工作。

前端的部分,則是有三組導桿氣缸(SMC CXSM10-40),外加外撐夾爪氣缸(型號為SMC的MHS3-25D 3-Finger)可以抓料件。

2015年8月7日 星期五

Automation CAD Seminar (12) -- 機械手臂應用:汽車鈑金焊接島

今天要介紹的是汽車鈑金焊接設備,主要的架構是有一台ABB的機械手臂 IRB6620,配合一個旋轉座,座上帶有夾治具,可以夾持汽車保險桿的鈑金,以利進行焊接。

首先看到是IRB6620,其負重可達150kg,移動範圍約2.2公尺,防護等級可達IP67,位置重複精度為0.03mm,幾乎是所有的用途都可以適用。

其次看到他端點上的工具,是點焊機的頭,有兩個產生電弧的尖點。不過我沒有找到可以驅動開啟的氣缸或馬達,也許是直接靠上接觸的,不過有待求證。

再來就是要看到被焊接的東西,是下圖中紅色與綠色的東西,經由點焊機焊在一起。
 

當然這個夾治具需要有定位孔的,以方式操作人員放入與對準。

而焊接的時候,機械手臂可以進行各種不同角度的焊接,
對於產量中等但又需要彈性製作的工作,機械手臂是很好的選擇。
 

 最後,在下方有一個旋轉盤,當手臂在工作時,
操作人員可以放置另一組鈑金,預備做為下一盤的工作。
焊接是份危險的工作,所以在汽車的焊接領域中,已經有十足成熟的系統可供參考。

2015年8月6日 星期四

Automation CAD Seminar (11) -- 機械手臂應用:壓合組裝

這次要看的不單只是手臂了,而是手臂建立起來的Cell組。
目前市場上的產品大多為少量多樣,但製造商會儘量做同一類型,但有些微改變的客製化產品。這時就彈性製造的需求,機械手臂就是十分適合的選擇。亦或要一次組合多個工序在同一站之中,都是適合機械手臂的協助。

今天要看的是壓合組裝的Cell,說實說,我看了老半天,還是不太清楚他到底要壓什麼。但可以看的主要還是它的Layout。一個工作台面,另一面則完全讓給機械手臂。就這種Cell而言,規劃的原則就是
(1) 人操作的區域跟手臂要儘量的拉開。可行的話,中間儘量夾著入料區。
(2) 手臂取料之後到工作區域,儘量不要翻個180度,能在旁邊就在旁邊,不然浪費太多時間在移動。且又因為加速度而危險。
首先來看手臂,這圖上挑的是Fanuc的M-16iB,荷重20kg,移動長度1.6尺,重複精度為±0.08mm,整個重量達到270kg。
 

再來看前端夾爪的部分,因為要利用第六軸來換置待組裝的元件,所以看到前端夾爪設計成Y現的,可以同時夾兩組元件。上面finger用的氣缸為SCHUNK(雄克)的SH-22系列。(其實看別人的圖,另一方面是可以增加認識的元件,長知識)。夾山最末端來再設計符合元件的夾具。因此每換一個產品,理應換這個夾具就好。這部分最好還是快拆的最好。
 

從上方看下來的配置圖如下

其它壓入組裝模組如同一般自動化機械,有氣缸、sensor等等

特別的,竟然還有Siko的磁性尺(下圖靛色為讀頭),給小小一段……但這裡明明是氣缸,精度應該沒有這麼要求吧?怪怪的。



小結:看這些圖,主要是看系統,看系統在 Layout 的時候,有什麼特別的地方。

2015年8月5日 星期三

Automation CAD Seminar (10) -- 6軸機械手臂 CHX-3

這是一隻完整的6軸機械手臂構造圖,其中第一軸是使用蝸輪蝸桿來帶動。蝸輪蝸桿大概是低成本中,最能提高減速比的方式了,不然就要改成Cycloidal drive之類較高成本的組件了。

第二軸與第三軸 與之前介紹的連桿機械手臂十分類似,兩顆馬達對稱放置,然後各別驅動連桿。不過馬達的減速機就真的是使用擺線式減速機 (Cycloidal drive),做高精度高減速的驅動。

第四、五、六軸馬達,則全部拉到第四軸後端,這種配置在實際工業手臂上是有看到。

我刻意把這三個軸上了不同的顏色,並且進行剖面,因為其傳動軸是層層包覆
(4) 綠色的是第四軸,負責把最外面的殼旋轉

(5) 紫色的是第五軸,包在中間傳遞過去要前頭可以旋轉,如下紫色斜齒屗
(6) 紅色的是第六軸,軸藏在最中間,傳遞過去後,繞過第五軸,去驅動法蘭面的旋轉

依順序(4、5、6軸) 把馬達分別標出來
  

最後來看一下頭的部分,把它剖面來欣賞,各機構元件互相交錯
這種設計可以把馬達的重量拉到後面去,對於配重 (動力學) 有幫助
可以讓前端在移動時,重量更輕,馬達纜線也不用牽到前頭去。(雖然夾爪的氣源還是要拉)

2015年8月4日 星期二

Automation CAD Seminar (9) -- 5軸機械手 PUMA

這是一台網路上找到的圖檔,是算是五軸的機械手臂,十分粗壯。
由上圖以看到總共有五顆馬達

首先看底座,馬達經過斜齒輪組,轉向到內齒輪上來驅動
這個減速比約為10倍左右。


 接下來是第二軸的傳動,這也是靠齒輪來傳動,不過它過二級減速
(心中OS,真粗勇)

第三軸、第四軸、第五軸則是使用行星減速機來進行減速
不過這一台在轉向的部分大多使用斜齒輪來轉向,也許是因為荷重較為適當。
    

整體的架構再看一次,雖然看起來很大支,不過水平拉直卻沒有超過1m (約700mm而已),看來應該是為了高負荷的應用而設計的, 精度的要求可能也不高,因為我們也沒有看到例如低背隙的Cycloidal drive。

也許會應用在重物的 P&P,或鑄造模的拿取搖模之類的。