CN107656509A - 多工件混合加工柔性制造系统 - Google Patents
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Abstract
一种多工件混合加工柔性系统，包括立体库、轴承压盖加工单元、叶轮加工单元、轮毂加工单元，其技术要点是：立体库、轴承压盖加工单元、叶轮机加工单元以及轮毂加工单元依次设置，立体库、轴承压盖加工单元、叶轮机加工单元以及轮毂加工单元之间通过沿轨道运行的AGV小车顺次衔接。实现对轴承压盖、叶轮、轮毂三种工价的加工，其具有结构紧凑、无人工介入、生产效率高、维护方便等优点。
Description
技术领域
本发明涉及机械制造领域，具体为轴承压盖、叶轮、轮毂多工件混合加工柔性制造系统。
背景技术
伴随着国内外型企业对产品质量要求的提高和用人成本的急剧增加，多种工件混合加工、数字化管理，已经成为了工业发展必然趋势，而单条自动线的生产加工已经无法满足用户的使用要求。其中，以数字化工厂理念为代表的：工件仓储管理、数字化制造加工、自动化输送、信息管理等一系列自动化过程，是工业化信息化的对未来生产加工的必然要求。但是，现有技术的AGV系统，无法应对复杂的作业需求。因此，需要开发一种能够解决上述技术问题的AGV系统，实现车间内物料的无人化搬运，满足提高生产效率的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种混合加工柔性自动生产线，实现对轴承压盖、叶轮、轮毂三种工价的加工。从根本上解决了上述问题，其具有结构紧凑、无人工介入、生产效率高、维护方便等优点。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：该多工件混合加工柔性制造系统包括立体库、轴承压盖加工单元、叶轮加工单元、轮毂加工单元，其技术要点是：立体库、轴承压盖加工单元、叶轮机加工单元以及轮毂加工单元依次设置，立体库、轴承压盖加工单元、叶轮机加工单元以及轮毂加工单元之间通过沿轨道运行的AGV小车顺次衔接；
轴承压盖加工单元包括设置在AGV小车轨道上的上下料道I、与上下料道衔接的中转料道I、设置在上下料道I与中转料道I之间的机器人I、机器人II、顺次围设在机器人II上的卧式车床I、立式加工中心、立式车床、设置在机器人I端的测量机和激光打标机、设置在机器人II端的翻转站I、检测装置和立式加工专用夹具，机器人I和机器人II分别设置在中转料道I两端；
叶轮加工单元包括设置在AGV小车轨道上的上下料道II、一端衔接上料道另一端衔接中转料道II的桁架自动上下料系统、从上下料道II端依次设置在桁架自动上下料系统上的卧式车床II和卧式车床III、设置在中转料道II上的机器人III、围设在机器人III上的五轴加工中心I和上下料道III，中转料道II与上下料道III相对设置，上下料道II为直线型料道，上下料道I、III、IV为U形料道；
轮毂加工单元包括设置在AGV小车轨道上的上下料道IV、与上下料道同向设置的地轨、设置在地轨上的机器人IV、从上下料道IV端沿地轨依次设置的卧式车床IV和卧式车床V和五轴加工中心II、设置在地轨上的翻转站II、清洗机和检测装置II。
进一步的，AGV小车的轨道包括轨道I~III：
AGV小车的轨道I从立体库的原料库起始，依次经过上料道I、下料道I、上料道II后返回立体库的成品库；
AGV小车的轨道II从立体库的原料库起始，依次经过上料道I、下料道I、上料道II、下料道II后返回立体库的成品库；
AGV小车的轨道III从立体库的原料库起始，依次进过上料道III、下料道III、上料道IV、下料道IV后返回立体库的成品库。
此外，本发明还提供了一种多工件混合加工柔性控制系统的控制方法，其技术要点是：该方法通过柔性制造的控制系统实现，该柔性制造控制系统包括WIS车间管理系统、加工岛总控系统、中央总控系统、立体库系统以及AGV系统；
控制方法包括以下步骤：
步骤1），通过WIS车间管理系统下达生产任务至中央总控系统；
步骤2），中央总控系统向立体库系统请求生产任务所需物料，并调度AGV系统向加工岛搬运加工所需物料；
步骤3），当生产任务所需的物料进入加工岛后，加工岛通过自动化生产线进行自动化生产加工；
步骤4），当加工岛具备成品物料运送条件时，加工岛总控系统向中央总控系统发送运送成品物料请求；中央总控系统通过AGV系统将成品物料运送给立体库，并记录入库的成品物料信息；
步骤5），中央总控系统收集各加工岛的生产过程数据，并上传至WIS车间管理系统，WIS车间管理系统将相关生产数据进行分析统计。
本发明的有益效果：根据工件的复杂程度（加工所需时间），分别将各加工单元按与立体库的距离差异并排设置在加工车间内。具体而言，将轴承压盖单元设置在立体库相对最近端，将轮毂加工单元设置在相对最远端，将叶轮加工单元设置在其间。从而可根据各加工工序的加工时间阈值实现差时加工，在差时范围内对工件进行抓取搬运，从而实现加工过程的无缝衔接，进而提高加工效率。
轴承压盖单元采用卧式车床I搭配立式加工中心和立式车床，可根据加工工序时间阈值，通过立式加工中心分别加工两个/两种工件，然后将完成工序的工件抓取至卧式车床I进行后续加工。或在立式加工中心和立式车床和卧式车床分别进行同种工件不同工序的加工，从而实现工件加工的最大柔性，提高设备的可扩展性及适用范围。其中，机器人II可通过在基座上旋转，方便在卧式车床I和立式加工中心和立式车床之间抓取搬运工件。
叶轮加工单元采用五轴加工中心I搭配卧式车床II和卧式车床III，可根据加工工序时间阈值，通过卧式车床分别加工两个/两种工件，然后将完成工序的工件抓取至五轴加工中心I进行后续加工。或在卧式车床II和卧式车床III和五轴加工中心I分别进行同种工件不同工序的加工，从而实现工件加工的最大柔性，提高设备的可扩展性及适用范围。其中，桁架自动上下料系统可根据实际需要选择采用卧式机床II或卧式机床III和五轴加工中心对工件进行加工。
轮毂加工单元采用五轴加工中心II搭配卧式车床IV和卧式车床V，可根据加工工序时间阈值，通过卧式车床分别加工两个/两种工件，然后将完成工序的工件抓取至五轴加工中心II进行后续加工。或在卧式车床IV和卧式车床V和五轴加工中心II分别进行同种工件不同工序的加工，从而实现工件加工的最大柔性，提高设备的可扩展性及适用范围。其中，机器人IV配合地轨方便在各加工中心或车床之间快速移动。
综上所述，本发明的各加工单元中的车床、加工中心的加工过程相对独立，可同时进行相同或不同工序，各加工单元可同时加工多种工件。此外，还可将各加工单元联动，在卧式车床I、立式加工中心和立式车床上完成第一工序，然后通过AGV小车搬运至卧式车床II和卧式车床III和五轴加工中心I完成第二工序，再通过AGV小车搬运至卧式车床IV和卧式车床V和五轴加工中心II完成第三工序，最终通过AGV小车搬运至立体库的成品库。此时，轴承压盖加工单元、叶轮机加工单元以及轮毂加工单元并不仅用于特定工件的加工。该情况下，上下料道II的上端作为上料道，下端作为下料道；上下料道III的下端作为上料道，下端作为下料道。其他情况时，上下料道II的上下两端均作为上料道，上下料道III的上下两端均作为下料道。
此外，AGV小车在轨道上运行时，当满载成品工件时（因为各加工单元的下料道可能共享部分轨道（轨道存在交叉），因此满载包括满载同种或不同种的成品工件），则直接沿轨道返回立体库。当空载时，则沿轨道继续运行，直至到达半成品工件或成品工件的下料道，若下料道无成品工件，则AGV小车在此下料道等待。当载有半成品工件时，则沿轨道继续运行，直至到达相应加工单元的上料道。
本发明的柔性系统通过配合相应的控制系统，可实现高效自动化加工，并对生产过程数据进行统计分析，结合自学习系统以优化生产效率。整套系统实行信息化管理，在生产线集成控制平台基础上，面向加工生产过程，运用物联网等先进技术，通过对车间的人、机、料、法、环等要素的在线监控、智能分析处理和展示，实现车间的协调运作和精细化管理。可在保证每个单元稳定可靠地基础上，发挥技术的先进性和可行性，把各加工单元合理的组成具有创新性、先进性的数字化的柔性制造集成系统，也可适用于机械加工行业企业进行多种工件混合加工。
附图说明
图1为本发明的总装配结构示意图；
图2为图1中轴承压盖加工单元的结构示意图；
图3为图1中叶轮加工单元的结构示意图；
图4为图1中轮毂加工单元的结构示意图。
附图标记说明：1卧式车床I、2立式加工中心、3机器人II、4立式车床、5中转料道I、6机器人I、7测量机、8激光打标机、9上下料道I、10 AGV小车、11检测装置、12翻转站I、13立式加工专用夹具、14立体库、15上下料道II、16卧式车床II、17桁架自动上下料系统、18卧式车床III、19中转料道II、20机器人III、21五轴加工中心I、22上下料道III、23上下料道IV、24卧式车床IV、25卧式车床V、26五轴加工中心II、27机器人IV、28地轨、29翻转站II、30清洗机、31检测装置II。
具体实施方式
以下结合图1~4，通过具体实施例详细说明本发明的具体内容。该多工件混合加工柔性制造系统包括立体库、轴承压盖加工单元、叶轮加工单元、轮毂加工单元。其中，立体库、轴承压盖加工单元、叶轮机加工单元以及轮毂加工单元依次设置，立体库、轴承压盖加工单元、叶轮机加工单元以及轮毂加工单元之间通过沿轨道运行的AGV小车顺次衔接。
轴承压盖加工单元包括设置在AGV小车轨道上的上下料道I 9、与上下料道衔接的中转料道I 5、设置在上下料道I与中转料道I之间的机器人I 6、机器人II 3、顺次围设在机器人II 3上的卧式车床I 1、立式加工中心2、立式车床4、设置在机器人I 6端的测量机7和激光打标机8、设置在机器人II 3端的翻转站I 12、检测装置11和立式加工专用夹具13，机器人I和机器人II分别设置在中转料道I两端。
该加工单元可按照下述步骤加工轴承压盖：
步骤a1，AGV小车10将工件从立体库14中取出运送至上下料道I 9的上料道；
步骤a2，六关节机器人I 6从上下料道I 9上将工件抓取至中转料道I 5；
步骤a3，六关节机器人II 3从中转料道5上抓取至工件后将其放在检测装置11上确定毛坯料类型，进而确定六关节机器人II 3是否更换立式加工专用夹具13；
步骤a4，六关节机器人II 3将工件抓取至卧式车床I 1，进行第一工序加工；
步骤a5，六关节机器人II 3将工件抓取至快换翻转站I 12翻面；
步骤a6，六关节机器人II 3将工件抓取至加工中心I 4，完成第二工序加工；
步骤a7，六关节机器人II 3将工件抓取至加工中心II2，完成第三工序加工；
步骤a8，六关节机器人II 3将工件抓取至翻转站I 12翻面复位（与步骤a5相对）；
步骤a9，六关节机器人II 3将工件抓取至中转料道I 5；
步骤a10，六关节机器人I 6从中转料道I 5将工件抓取至测量机7进行精度检测；
步骤a11，六关节机器人I 6将工件抓取至激光打标机8上进行打标；
步骤a12，六关节机器人I 6将成品工件抓取至上下料道9的下料道上，AGV小车10将工件运送至立体库14。
叶轮加工单元包括设置在AGV小车轨道上的上下料道II 15、一端衔接上料道另一端衔接中转料道II 19的桁架自动上下料系统17、从上下料道II 15端依次设置在桁架自动上下料系统上的卧式车床II 16和卧式车床III 18、设置在中转料道II上的机器人III 20、围设在机器人III上的五轴加工中心I 21和上下料道III 22，中转料道II与上下料道III相对设置，上下料道II为直线型料道，上下料道I、III、IV为U形料道。
该加工单元可按照下述步骤加工叶轮：
步骤b1，AGV小车10将工件从立体库14中取出运送至上下料道II 15；
步骤b2，桁架自动上下料系统17将工件从上下料道II 15上依次抓取至卧式车床II 16和卧式车床III 18完成第一工序加工及第二工序加工；
步骤b3，桁架自动上下料系统17将工件抓取至中转料道II 19上；
步骤b4，六关节机器人III 20将工件从中转料道II 19抓取至五轴加工中心I 21完成第三工序加工；
步骤b5，六关节机器人III 20将工件抓取至上下料道III 22，由AGV将其运送至立体库14。
轮毂加工单元包括设置在AGV小车轨道上的上下料道IV 23、与上下料道同向设置的地轨28、设置在地轨上的机器人IV、从上下料道IV端沿地轨依次设置的卧式车床IV 24和卧式车床V 25和五轴加工中心II 26、设置在地轨上的翻转站II 29和清洗机30和检测装置II 31。
该加工单元可按照下述步骤加工轮毂：
步骤c1，AGV小车10将工件从立体库14中取出运送至上下料道IV 23；
步骤c2，机器人IV 27将工件从上下料道IV 23的上料道上抓取至卧式车床IV 24进行第一工序加工；
步骤c3，机器人IV 27将工件抓取至翻转站II 29翻面；
步骤c4，机器人IV 27将工件抓取至卧式车床V 25进行第二工序加工；
步骤c5，机器人IV 27将工件依次抓取至清洗机30检测装置II 31处完成工件表面清洗及轮毂角向定位；
步骤c6，机器人IV 27将工件抓取至五轴加工中心II 26内进行加工；
步骤c7，机器人IV 27将工件抓取至上下料道IV 23的下料道上，AGV小车10将其运送至立体库14。
其中，地轨式七轴行走机器人由轮毂加工机器人IV 27与地轨28组成。
AGV小车的轨道包括轨道I~III：
AGV小车的轨道I从立体库的原料库起始，依次经过上料道I、下料道I、上料道II后返回立体库的成品库。
AGV小车的轨道II从立体库的原料库起始，依次经过上料道I、下料道I、上料道II、下料道II后返回立体库的成品库。
AGV小车的轨道III从立体库的原料库起始，依次进过上料道III、下料道III、上料道IV、下料道IV后返回立体库的成品库。
柔性制造的控制系统包括WIS车间管理系统、加工岛总控系统、中央总控系统、立体库系统以及AGV系统；
控制方法包括以下步骤：
步骤1），通过WIS车间管理系统下达生产任务至中央总控系统；
步骤2），中央总控系统向立体库系统请求生产任务所需物料，并调度AGV系统向加工岛搬运加工所需物料；
步骤3），当生产任务所需的物料进入加工岛后，加工岛通过自动化生产线进行自动化生产加工；
步骤4），当加工岛具备成品物料运送条件时，加工岛总控系统向中央总控系统发送运送成品物料请求；中央总控系统通过AGV系统将成品物料运送给立体库，并记录入库的成品物料信息；
步骤5），中央总控系统收集各加工岛的生产过程数据，并上传至WIS车间管理系统，WIS车间管理系统将相关生产数据进行分析统计。
整个柔性加工系统通过对车间的人、机、料、法、环等要素的在线监控、智能分析处理和展示，实现车间的协调运作和精细化管理。
上述多工件混合加工柔性系统的控制，可在WIS车间管理系统中下达生产任务。根据加工任务请求仓储系统发料，立体库根据零件型号自动出库到AGV小车，AGV小车把零件运到上料工位。进入自动生产线，当零件所有工序完成后，仓储系统通知AGV小车把成品运到立体库上料点，立体库上货。WIS采集整个生产过程制造数据，并根据制造数据进行自学习，不断优化生产效率。
*自动导引运输车(Automated Guided Vehicle ，简称AGV) 系统，是指由多个装备有电磁或光学等导引设备的小车所组成的自动导引运输系统，AGV小车能够沿设定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能。
*AGV小车轨道，可指代具有具体机械结构的钢轨，也可指代已经编程的虚拟运行轨道，具体应用根据场地设定。显然，后者的适用范围更广泛。
*快换：快速更换手抓的外夹形式和内撑形式。
*翻转：翻转是将工件180°翻面。
*立式加工专用夹具，工件检测后，确定立式加工夹具的类型。
*工件为泛指，根据具体位置可指代加工前的毛坯料、相应工序加工后半成品料以及完成全部工序后的成品料。
*上下料道I包括上料道I和下料道I，为方便描述，将上述两部分并称，上下料道II~IV同理。而各上下料道的运行方向并不唯一，可根据实际生产需要进行转换，由此可进一步提高系统的柔性及可操作性。
其中，上下料道I、III、IV为U形料道，AGV小车将空托盘输入至相应的上料道，上料道将空托盘移动至机器人能够将加工完成的成品料放置空托盘上的位置，带毛坯料加工完成后，机器人将这些成品料放到空托盘上，从U型料道的下料道输出至AGV小车；上下料道II为直线型料道，AGV小车将装有毛坯料的托盘运输至上料道II，上料道II将托盘移动至机器人能够抓取的地方，毛坯料抓去完成之后，将空托盘从下料道II输出至AGV小车。
Claims (3)
1.一种多工件混合加工柔性系统，包括立体库、轴承压盖加工单元、叶轮加工单元、轮毂加工单元，其特征在于：立体库、轴承压盖加工单元、叶轮机加工单元以及轮毂加工单元依次设置，立体库、轴承压盖加工单元、叶轮机加工单元以及轮毂加工单元之间通过沿轨道运行的AGV小车顺次衔接；
轴承压盖加工单元包括设置在AGV小车轨道上的上下料道I、与上下料道衔接的中转料道I、设置在上下料道I与中转料道I之间的机器人I、机器人II、顺次围设在机器人II上的卧式车床I、立式加工中心、立式车床、设置在机器人I端的测量机和激光打标机、设置在机器人II端的翻转站I、检测装置和立式加工专用夹具，机器人I和机器人II分别设置在中转料道I两端；
叶轮加工单元包括设置在AGV小车轨道上的上下料道II、一端衔接上料道另一端衔接中转料道II的桁架自动上下料系统、从上下料道II端依次设置在桁架自动上下料系统上的卧式车床II和卧式车床III、设置在中转料道II上的机器人III、围设在机器人III上的五轴加工中心I和上下料道III，中转料道II与上下料道III相对设置，上下料道II为直线型料道，上下料道I、III、IV为U形料道；
轮毂加工单元包括设置在AGV小车轨道上的上下料道IV、与上下料道同向设置的地轨、设置在地轨上的机器人IV、从上下料道IV端沿地轨依次设置的卧式车床IV和卧式车床V和五轴加工中心II、设置在地轨上的翻转站II和清洗机和检测装置II。
2.根据权利要求1所述的多工件混合加工柔性系统，其特征在于：AGV小车的轨道包括轨道I~III：
AGV小车的轨道I从立体库的原料库起始，依次经过上料道I、下料道I、上料道II后返回立体库的成品库；
AGV小车的轨道II从立体库的原料库起始，依次经过上料道I、下料道I、上料道II、下料道II后返回立体库的成品库；
AGV小车的轨道III从立体库的原料库起始，依次进过上料道III、下料道III、上料道IV、下料道IV后返回立体库的成品库。
3.一种多工件混合加工柔性控制系统的控制方法，其特征在于：控制系统包括WIS车间管理系统、加工岛总控系统、中央总控系统、立体库系统以及AGV系统；
控制方法包括以下步骤：
步骤1），通过WIS车间管理系统下达生产任务至中央总控系统；
步骤2），中央总控系统向立体库系统请求生产任务所需物料，并调度AGV系统向加工岛搬运加工所需物料；
步骤3），当生产任务所需的物料进入加工岛后，加工岛通过自动化生产线进行自动化生产加工；
步骤4），当加工岛具备成品物料运送条件时，加工岛总控系统向中央总控系统发送运送成品物料请求；中央总控系统通过AGV系统将成品物料运送给立体库，并记录入库的成品物料信息；
步骤5），中央总控系统收集各加工岛的生产过程数据，并上传至WIS车间管理系统，WIS车间管理系统将相关生产数据进行分析统计。
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