CN107918361A - 一种针阀体精密内圆磨自动化系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针阀体精密内圆磨自动化系统及其控制方法，针阀体精密内圆磨自动化系统由工业机器人、机器人基座、数控机床、进出料台、物料缓存台、安全光栅、顶部防护网、安全围栏和控制柜等组成，两台机器人对应四台机床的上下料自动化加工，每台数控机床配备物料缓存台及安全光栅，且机器人采用固定高台式安装，实现人机共存模式下的自动化柔性生产，安全性好，性价比高。

Description

一种针阀体精密内圆磨自动化系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及到工业自动化加工技术领域，特别涉及一种针阀体精密内圆磨自动化系统及其控制方法。

背景技术

在现代机械加工制造领域，大量的企业采用高端先进的数控机床进行工件加工。这些高端数控机床可以依据事先编好的NC代码自动完成工件的加工，整个过程不需要人工干预。而数控机床的上下料基本还是靠人手动操作完成，人工操作存在的主要问题是：需要很高的人工成本去完成简单重复的工作，人工上下料劳动强度大，效率低，成本高。

为了降低成本，提高工作效率，越来越多的企业开始进行数控机床自动化上下料的改造。其中有效的手段之一是引入机器人或机械手，以及与之配套的自动化辅助设备如上下料装置、安全围栏、安全光栅等，实现工业加工的安全高效自动化生产。

目前国内外涉及针阀体精密内圆磨自动化加工相关的上下料方式基本上仍以人工上下料为主，少数改进的上下料方式以单台工业机器人对应单台数控机床进行上下料，存在上下料及其辅助设备的利用效率不高的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针阀体精密内圆磨自动化系统及其控制方法，解决了现有技术中生产效率低下、自动化和安全性不高的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种针阀体精密内圆磨自动化系统，包括工业机器人、数控机床、进出料台、物料缓存台、安全光栅、顶部防护网、安全围栏和控制柜；所述数控机床用于针阀体工件的内圆磨加工，所述数控机床包括用于检测工业机器人误运行的安全光栅，所述工业机器人安装于基座上用于给所述数控机床上下料，所述进出料台是针阀体工件的上下料缓存装置，所述顶部防护网用于强制限定工业机器人的运动范围，是人员行走区域的顶部保护，防止工业机器人误伤到在下方行走的工作人员，所述物料缓存台用于暂时放置不合格针阀工件，在所述顶部防护网下部两侧分别设置有保障人员进出安全的安全围栏，所述控制柜用于向工业机器人、数控机床、进出料台、安全光栅和安全围栏发送或接受相应的指令，对工业机器人、数控机床、进出料台、安全光栅和安全围栏进行相应控制。

优选地，所述的工业机器人末端具有柔性手爪抓取机构，能实现对多种针阀体工件的上下料。

优选地，所述工业机器人采用固定高台式安装，实现人机共存模式下的自动化柔性生产。

优选地，所述工业机器人末端柔性手爪抓取机构包括安装法兰（16）、汽缸固定角板（17）、快换接头公盘（18）、成品夹取爪（19）和毛坯送料器（20）。

优选地，所述安全围栏为工作人员进出的通道，当安全围栏打开时，系统所有设备均处于急停状态，安全围栏关闭是系统正常工作的前提条件。

优选地，数控机床具有安全门，所述安全门当数控机床处于针阀体工件加工状态时为关闭状态，当数控机床处于针阀体工件上下料状态时为打开状态；所述安全光栅用于检测工业机器人误运行，当安全围栏打开时，系统控制安全光栅启动检测，同时系统接收安全围栏打开信号时控制工业机器人进入急停状态，当工业机器人意外碰到安全光栅时，系统强制控制工业机器人急停，防止工业机器人误运行对人员造成伤害。

优选地，所述控制柜包括中央控制CPU和工业机器人控制单元；所述中央控制CPU和工业机器人控制单元之间采用EhterCAT总线协议通讯，和数控机床之间采用Ethernet总线协议通讯，和安全围栏、进出料台、安全光栅之间采用数字IO接口通讯；所述工业机器人控制单元，和机器人本体伺服驱动器之间采用EhterCAT总线协议通讯，和柔性手爪抓取机构之间采用数字IO接口通讯。

优选地，所述数控机床包括位于一端的第一数控机床和第二数控机床以及位于另一端的第三数控机床和第四数控机床，每个所述数控机床均包括安全光栅，所述工业机器人包括给第一和第二机床上下料的第一工业机器人和给第三和第四机床上下料的第二工业机器人，所述第一工业机器人安装于第一基座上，所述第二工业机器人安装于第二基座上，所述第一和第二工业机器人之间设置有第一进出料台和第二进出料台，所述第一进出料台与第一工业机器人以及第一和第二数控机床相对应并构成第一子系统，所述第二进出料台与第二工业机器人以及第三和第四数控机床相对应并构成第二子系统，所述第一和第二子系统之间相互独立互不影响，所述第一数控机床和相对的第四数控机床之间以及第二数控机床和相对的第三数控机床之间分别设置有顶部防护网。

一种使用上述的针阀体精密内圆磨自动化系统进行针阀体精密内圆磨自动化加工的控制方法，该方法包括：通过进出料台进行针阀体工件的上下料缓存；通过工业机器人进行针阀体工件的上下料动作；通过数控机床对针阀体工件进行内圆磨加工。

优选地，所述控制方法的控制逻辑包括：第一子系统的自动化控制逻辑为：第一进出料台到达上下料位置，向控制柜中央控制CPU发出‘物料到位1’信号；第一数控机床当前没有针阀体工件加工时，向控制柜中央控制CPU发出‘闲1’信号；第一数控机床当前正在进行针阀体工件加工时，向控制柜中央控制CPU发出‘忙1’信号；第一数控机床当前已完成针阀体工件加工时，向控制柜中央控制CPU发出‘完成1’信号；第二数控机床当前没有针阀体工件加工时，向控制柜中央控制CPU发出‘闲2’信号；第二数控机床当前正在进行针阀体工件加工时，向控制柜中央控制CPU发出‘忙2’信号；第二数控机床当前已完成针阀体工件加工时，向控制柜中央控制CPU发出‘完成2’信号；控制柜中央控制CPU接收到第一进出料台的‘物料到位’信号后，等待第一数控机床和第二数控机床向工业机器人控制单元反馈的状态信号，所述反馈的状态信号包括：

‘忙1’、‘忙2’时，系统继续等待；

‘闲1’、‘闲2’时，系统向工业机器人控制单元发送‘上料1’命令；

‘完成1’、‘完成2’时，系统向工业机器人控制单元发送‘下料1’命令；

‘闲1’、‘忙2’时，系统向工业机器人控制单元发送‘上料1’命令；

‘闲1’、‘完成2’时，系统向工业机器人控制单元发送‘上料1’命令；

‘忙1’、‘闲2’时，系统向工业机器人控制单元发送‘上料2’命令；

‘忙1’、‘完成2’时，系统向工业机器人控制单元发送‘下料2’命令；

‘完成1’、‘忙2’时，系统向工业机器人控制单元发送‘下料1’命令；

‘完成1’、‘闲2’时，系统向工业机器人控制单元发送‘上料2’命令；

工业机器人控制单元接收到‘上料1’或‘上料2’命令时，驱动机器人本体和末端柔性手爪抓取机构进行对应数控机床的上料工作，从进出料台的上料位置抓取针阀体工件，并安装到对应数控机床的工件加工位置；

工业机器人控制单元接收到‘下料1’或‘下料2’命令时，驱动机器人本体和末端柔性手爪抓取机构进行对应数控机床的下料工作，将对应数控机床加工位置的针阀体工件取出，并放到进出料台的下料位置，第二子系统的控制逻辑与第一子系统的控制逻辑相同。

本发明以较低的成本实现了较高的生产效率和定位精度，且本发明结构简单、操作简便，自动化和安全程度高。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明针阀体精密内圆磨自动化系统的整体结构示意图。

图2为本发明针阀体精密内圆磨自动化系统的俯视图。

图3为本发明工业机器人末端柔性手爪抓取机构结构示意图。

图4为本发明控制流程示意图。

图5为本发明控制流程示意图。

图6为本发明控制柜结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

如图1,2所示，一种针阀体精密内圆磨自动化系统，包括工业机器人、数控机床、进出料台、物料缓存台9、安全光栅5、顶部防护网6、安全围栏15和控制柜12；所述数控机床用于针阀体工件的内圆磨加工，所述数控机床包括用于检测工业机器人误运行的安全光栅5，所述工业机器人安装于基座上用于给所述数控机床上下料，所述进出料台是针阀体工件的上下料缓存装置，所述顶部防护网6用于强制限定工业机器人的运动范围，是人员行走区域的顶部保护，防止工业机器人误伤到在下方行走的工作人员，所述物料缓存台9用于暂时放置不合格针阀工件，在所述顶部防护网6下部两侧分别设置有保障人员进出安全的安全围栏15，所述控制柜12用于向工业机器人、数控机床、进出料台、安全光栅5和安全围栏15发送或接受相应的指令，对工业机器人、数控机床、进出料台、安全光栅5和安全围栏15进行相应控制。

优选地，结合图3，所述的工业机器人末端具有柔性手爪抓取机构，能实现对多种针阀体工件的上下料，所述工业机器人采用固定高台式安装，实现人机共存模式下的自动化柔性生产，所述工业机器人柔性手爪抓取机构包括安装法兰16、汽缸固定角板17、快换接头公盘18、成品夹取爪19和毛坯送料器20。

优选地，所述安全围栏15为工作人员进出的通道，当安全围栏打开时，系统所有设备均处于急停状态，安全围栏关闭是系统正常工作的前提条件。

优选地，数控机床具有安全门，所述安全门当数控机床处于针阀体工件加工状态时为关闭状态，当数控机床处于针阀体工件上下料状态时为打开状态；所述安全光栅5用于检测工业机器人误运行，当安全围栏15打开时，系统控制安全光栅5启动检测，同时系统接收安全围栏15打开信号时控制工业机器人进入急停状态，当工业机器人意外碰到安全光栅时5，系统强制控制工业机器人急停，防止工业机器人误运行对人员造成伤害。

优选地，结合图6，所述控制柜12包括中央控制CPU和工业机器人控制单元；所述中央控制CPU和工业机器人控制单元之间采用EhterCAT总线协议通讯，和数控机床之间采用Ethernet总线协议通讯，和安全围栏、进出料台、安全光栅之间采用数字IO接口通讯；所述工业机器人控制单元，和机器人本体伺服驱动器之间采用EhterCAT总线协议通讯，和柔性手爪抓取机构之间采用数字IO接口通讯。

优选地，所述数控机床包括位于一端的第一数控机床1和第二数控机床2以及位于另一端的第三数控机床10和第四数控机床11，每个所述数控机床均包括安全光栅5，所述工业机器人包括给第一和第二机床上下料的第一工业机器人4和给第三和第四机床上下料的第二工业机器人14，所述第一工业机器人4安装于第一基座3上，所述第二工业机器人14安装于第二基座13上，所述第一和第二工业机器人之间设置有第一进出料台7和第二进出料台8，所述第一进出料台7与第一工业机器人4以及第一和第二数控机床相对应并构成第一子系统，所述第二进出料台8与第二工业机器人14以及第三和第四数控机床相对应并构成第二子系统，所述第一和第二子系统之间相互独立互不影响，所述第一数控机床1和相对的第四数控机床11之间以及第二数控机床2和相对的第三数控机床10之间分别设置有顶部防护网6。

结合图4,5，一种使用如权上述的针阀体精密内圆磨自动化系统进行针阀体精密内圆磨自动化加工的控制方法，,该方法包括：通过进出料台进行针阀体工件的上下料缓存；通过工业机器人进行针阀体工件的上下料动作；通过数控机床对针阀体工件进行内圆磨加工。

优选地，所述控制方法的控制逻辑包括：第一子系统的自动化控制逻辑为：第一进出料台到达上下料位置，向控制柜中央控制CPU发出‘物料到位1’信号；第一数控机床当前没有针阀体工件加工时，向控制柜中央控制CPU发出‘闲1’信号；第一数控机床当前正在进行针阀体工件加工时，向控制柜中央控制CPU发出‘忙1’信号；第一数控机床当前已完成针阀体工件加工时，向控制柜中央控制CPU发出‘完成1’信号；第二数控机床当前没有针阀体工件加工时，向控制柜中央控制CPU发出‘闲2’信号；第二数控机床当前正在进行针阀体工件加工时，向控制柜中央控制CPU发出‘忙2’信号；第二数控机床当前已完成针阀体工件加工时，向控制柜中央控制CPU发出‘完成2’信号；控制柜中央控制CPU接收到第一进出料台的‘物料到位’信号后，等待第一数控机床和第二数控机床向工业机器人控制单元反馈的状态信号，所述反馈的状态信号包括：

‘忙1’、‘忙2’时，系统继续等待；

‘闲1’、‘闲2’时，系统向工业机器人控制单元发送‘上料1’命令；

‘完成1’、‘完成2’时，系统向工业机器人控制单元发送‘下料1’命令；

‘闲1’、‘忙2’时，系统向工业机器人控制单元发送‘上料1’命令；

‘闲1’、‘完成2’时，系统向工业机器人控制单元发送‘上料1’命令；

‘忙1’、‘闲2’时，系统向工业机器人控制单元发送‘上料2’命令；

‘忙1’、‘完成2’时，系统向工业机器人控制单元发送‘下料2’命令；

‘完成1’、‘忙2’时，系统向工业机器人控制单元发送‘下料1’命令；

‘完成1’、‘闲2’时，系统向工业机器人控制单元发送‘上料2’命令；

工业机器人控制单元接收到‘上料1’或‘上料2’命令时，驱动机器人本体和末端柔性手爪抓取机构进行对应数控机床的上料工作，从进出料台的上料位置抓取针阀体工件，并安装到对应数控机床的工件加工位置；

工业机器人控制单元接收到‘下料1’或‘下料2’命令时，驱动机器人本体和末端柔性手爪抓取机构进行对应数控机床的下料工作，将对应数控机床加工位置的针阀体工件取出，并放到进出料台的下料位置，第二子系统的控制逻辑与第一子系统的控制逻辑相同。

一种实施案例的工作流程如下：

生产准备：待加工零件NC代码下载到数控机床中，刀具准备好，机床各参数归零位（如机床关好门），其他设备（物料缓存台、工业机器人、进出料台）归零；

控制柜设置：全自动运行有两种设置方式，一个是上位机下达生产命令，一个是本地生产设定。设备打到远控时，上位机可以下达生产命令，包括加工零件品种，加工零件数量。打到本地时，同样可以选择加工针阀体品种和加工针阀体数量，设置全部完成后，进入生产加工阶段。

生产加工阶段：人工按下系统启动加工按钮（系统控制柜），中央控制CPU会在其存储器中调取加工零件的相关参数，并将相关参数下放到对应的设备：将第一工业机器人的程序以EhterCAT总线传输到第一工业机器人控制单元中；将第二工业机器人的程序以EhterCAT总线传输到二工业机器人控制单元中。系统控制流程如图4、5所示

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种针阀体精密内圆磨自动化系统，其特征在于包括工业机器人、数控机床、进出料台、物料缓存台（9）、安全光栅（5）、顶部防护网（6）、安全围栏（15）和控制柜（12），所述数控机床用于针阀体工件的内圆磨加工，所述数控机床包括用于检测工业机器人误运行的安全光栅（5），所述工业机器人安装于基座上用于给所述数控机床上下料，所述进出料台是针阀体工件的上下料缓存装置，所述顶部防护网（6）用于强制限定工业机器人的运动范围，是人员行走区域的顶部保护，防止工业机器人误伤到在下方行走的工作人员，所述物料缓存台（9）用于暂时放置不合格针阀工件，在所述顶部防护网（6）下部两侧分别设置有保障人员进出安全的安全围栏（15），所述控制柜（12）用于向工业机器人、数控机床、进出料台、安全光栅（5）和安全围栏（15）发送或接受相应的指令，对工业机器人、数控机床、进出料台、安全光栅（5）和安全围栏（15）进行相应控制。

2.根据权利要求1所述的一种针阀体精密内圆磨自动化系统，其特征在于：所述的工业机器人末端具有柔性手爪抓取机构，能实现对多种针阀体工件的上下料。

3.根据权利要求1所述的一种针阀体精密内圆磨自动化系统，其特征在于：所述工业机器人采用固定高台式安装，实现人机共存模式下的自动化柔性生产。

4.根据权利要求2所述的一种针阀体精密内圆磨自动化系统，其特征在于：所述工业机器人末端柔性手爪抓取机构包括安装法兰（16）、汽缸固定角板（17）、快换接头公盘（18）、成品夹取爪（19）和毛坯送料器（20）。

5.根据权利要求1所述的一种针阀体精密内圆磨自动化系统，其特征在于：所述安全围栏（15）为工作人员进出的通道，当安全围栏打开时，系统所有设备均处于急停状态，安全围栏关闭是系统正常工作的前提条件。

6.根据权利要求1所述的一种针阀体精密内圆磨自动化系统，其特征在于：数控机床具有安全门，所述安全门当数控机床处于针阀体工件加工状态时为关闭状态，当数控机床处于针阀体工件上下料状态时为打开状态；所述安全光栅（5）用于检测工业机器人误运行，当安全围栏（15）打开时，系统控制安全光栅（5）启动检测，同时系统接收安全围栏（15）打开信号时控制工业机器人进入急停状态，当工业机器人意外碰到安全光栅时（5），系统强制控制工业机器人急停，防止工业机器人误运行对人员造成伤害。

7.根据权利要求2所述的一种针阀体精密内圆磨自动化系统，其特征在于：所述控制柜（12）包括中央控制CPU和工业机器人控制单元；所述中央控制CPU和工业机器人控制单元之间采用EhterCAT总线协议通讯，和数控机床之间采用Ethernet总线协议通讯，和安全围栏、进出料台、安全光栅之间采用数字IO接口通讯；所述工业机器人控制单元，和机器人本体伺服驱动器之间采用EhterCAT总线协议通讯，和柔性手爪抓取机构之间采用数字IO接口通讯。

8.根据权利要求7所述的针阀体精密内圆磨自动化系统，其特征在于：所述数控机床包括位于一端的第一数控机床（1）和第二数控机床（2）以及位于另一端的第三数控机床（10）和第四数控机床（11），每个所述数控机床均包括安全光栅（5），所述工业机器人包括给第一和第二机床上下料的第一工业机器人（4）和给第三和第四机床上下料的第二工业机器人（14），所述第一工业机器人（4）安装于第一基座（3）上，所述第二工业机器人（14）安装于第二基座（13）上，所述第一和第二工业机器人之间设置有第一进出料台（7）和第二进出料台（8），所述第一进出料台（7）与第一工业机器人（4）以及第一和第二数控机床相对应并构成第一子系统，所述第二进出料台（8）与第二工业机器人（14）以及第三和第四数控机床相对应并构成第二子系统，所述第一和第二子系统之间相互独立互不影响，所述第一数控机床（1）和相对的第四数控机床（11）之间以及第二数控机床（2）和相对的第三数控机床（10）之间分别设置有顶部防护网（6）。

9.一种使用如权利要求1~8任一项所述的针阀体精密内圆磨自动化系统进行针阀体精密内圆磨自动化加工的控制方法，其特征在于，该方法包括：通过进出料台进行针阀体工件的上下料缓存；通过工业机器人进行针阀体工件的上下料动作；通过数控机床对针阀体工件进行内圆磨加工。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法是根据权利要求8所述的针阀体精密内圆磨自动化系统进行针阀体精密内圆磨自动化加工的控制方法，所述控制方法的控制逻辑包括：第一子系统的自动化控制逻辑为：第一进出料台到达上下料位置，向控制柜中央控制CPU发出‘物料到位1’信号；第一数控机床当前没有针阀体工件加工时，向控制柜中央控制CPU发出‘闲1’信号；第一数控机床当前正在进行针阀体工件加工时，向控制柜中央控制CPU发出‘忙1’信号；第一数控机床当前已完成针阀体工件加工时，向控制柜中央控制CPU发出‘完成1’信号；第二数控机床当前没有针阀体工件加工时，向控制柜中央控制CPU发出‘闲2’信号；第二数控机床当前正在进行针阀体工件加工时，向控制柜中央控制CPU发出‘忙2’信号；第二数控机床当前已完成针阀体工件加工时，向控制柜中央控制CPU发出‘完成2’信号；控制柜中央控制CPU接收到第一进出料台的‘物料到位’信号后，等待第一数控机床和第二数控机床向工业机器人控制单元反馈的状态信号，所述反馈的状态信号包括：

‘忙1’、‘忙2’时，系统继续等待；

‘闲1’、‘闲2’时，系统向工业机器人控制单元发送‘上料1’命令；

‘完成1’、‘完成2’时，系统向工业机器人控制单元发送‘下料1’命令；

‘闲1’、‘忙2’时，系统向工业机器人控制单元发送‘上料1’命令；

‘闲1’、‘完成2’时，系统向工业机器人控制单元发送‘上料1’命令；

‘忙1’、‘闲2’时，系统向工业机器人控制单元发送‘上料2’命令；

‘忙1’、‘完成2’时，系统向工业机器人控制单元发送‘下料2’命令；

‘完成1’、‘忙2’时，系统向工业机器人控制单元发送‘下料1’命令；

‘完成1’、‘闲2’时，系统向工业机器人控制单元发送‘上料2’命令；

工业机器人控制单元接收到‘上料1’或‘上料2’命令时，驱动机器人本体和末端柔性手爪抓取机构进行对应数控机床的上料工作，从进出料台的上料位置抓取针阀体工件，并安装到对应数控机床的工件加工位置；

工业机器人控制单元接收到‘下料1’或‘下料2’命令时，驱动机器人本体和末端柔性手爪抓取机构进行对应数控机床的下料工作，将对应数控机床加工位置的针阀体工件取出，并放到进出料台的下料位置，

第二子系统的控制逻辑与第一子系统的控制逻辑相同。