CN110001035A - 一种智能柔性复合材料零部件的生产线设备和加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能柔性复合材料零部件生产线设备和加工方法，该设备通过机器人从原料机架上抓取料片，并将其放入原料预加热装置中进行预加热，然后机器人抓取预热好的料片放入伺服压机的模具内，进行热压工艺成型并冷却开模，之后机器人将模具内料片抓取放入成品机架上。本发明通过智能柔性化、高度集成的自动化和高效的可控快速加热冷却工艺，解决了目前复合材料零部件行业自动化程度低、生产效率低、生产成本高、产品质量不稳定的问题，做到高集成、高效率、高质量的工业生产复合材料零部件，降低由于传统生产中人力密集造成的高成本，提高了产品的精度和质量的稳定性。

Description

一种智能柔性复合材料零部件的生产线设备和加工方法

技术领域

本发明涉及复合材料生产加工领域，特别涉及一种智能柔性复合材料零部件生产线设备和加工方法。

背景技术

未来复合材料制品以汽车、消费类为主要发展方向，对传统金属，塑料产品进行替代，市场规模巨大，规模超过百亿美元，附加值高，所以相关设备的开发成为目前复合材料行业的热点之一。但该领域的相关设备在我国发展较晚，起步点较低，在我国所使用的设备大多依赖进口，缺乏自主知识产权，并且复合材料行业目前设备自动化程度较低，大部分生产工序需要人工制造，不易多工序协同合作，进而导致生产效率低且生产成本高，这成为我国在复合材料领域应用拓展的一大障碍。当前复合材料零部件生产线设备存在以下主要问题：

1)目前设备自动化程度较低，大部分生产工序需要人工制造，缺乏统一标准的工艺流程，不易多工序协同合作，生产效率低，生产成本高。

2)目前行业使用普通液压机，控制不精确，并且不易监控检测。

3)目前加热冷却系统，加热及冷却效率低，并且缺乏监控检测，导致产品无一致性，不易协同生产。

发明内容

针对目前复合材料零部件行业自动化程度低、生产效率低、生产成本高、产品质量不稳定的问题，本发明提供了一种智能柔性复合材料零部件生产线设备和加工方法，可以做到高自动化、高效率、高质量稳定性的工业生产复合材料零部件，大大降低由于传统复合材料生产中人力密集造成的高成本，提高产品的精度和质量稳定性。

为实现上述目的，在本发明的一个方面，提供一种智能柔性复合材料零部件生产线设备，所述生产线设备包括机器人系统，依次围绕所述机器人系统设置原料机架，原料预加热装置，热压成型系统，和成品机架和控制系统；所述机器人系统包括高精度机器人，所述高精度机器人将料片在所述原料机架中抓取后，依次传递至原料预加热装置和热压成型系统中进行加工，加工完成后传递至所述成品机架中；所述热压成型系统可进行对模具的可控加热冷却。

进一步的，所述控制系统分别与原料机架、原料预热装置、热压成型系统、成品机架及高精度机器人相连接，所述控制系统内置有节拍时序控制器，根据复合材料件在生产线运转情况以及所需工艺，随时调整整个生产线上的时续及速度；所述控制系统通过与所述热压成型系统连接，对热压成型流程参数进行采集、处理，并对热压成型流程进行控制；另外，所述控制系统通过与所述原料机架连接；其中当原料机架上原料片数量不足时进行提示报警或暂停产线工作。

进一步的，所述高精度机器人可拆卸根据生产需求拆装设置有带真空吸盘的端拾器。

进一步的，所述生产线设备包括端拾器架，所述端拾器架上有多组不同规格带有真空吸盘的端拾器，用于不同规格原料片的拾取。

进一步的，所述成品机架包括成品料台，所述成品料台的至少一边设置有第二边缘导向定位。

进一步的，所述原料机架的上表面设置有料片物料台，在所述料片物料台的至少一边设置有第一边缘导向定位，所述料片物料台上设置有检测预警装置。

进一步的，所述检测预警装置包含红外距离传感器，探测料片物料台上物料厚度，进而判断料片物料台上物料数量。

进一步的，所述检测预警装置包含压力传感器，检测物料台上物料重量，进而判断料片物料台上物料数量。

进一步的，所述原料预加热装置包括上、下相对设置的陶瓷加热片、自动伸缩可移动托盘以及红外测温装置，其中所述自动伸缩可移动托盘设置于所述上、下相对设置的陶瓷加热片之间，用于运送原料片进入加热区加热，所述红外测温装置，监测所述料片的实时温度。

进一步的，所述热压成型系统包括伺服压机和模具，其中所述模具具有可控急热急冷功能。

进一步的，所述模具的加热方式为电磁加热、红外加热、蒸气加热、热油加热、电热棒加热以及其他可控加热方式中的一种或几种的组合。

进一步的，所述模具的冷却方式为气冷、水冷、油冷以及其他可控冷却方式中的一种或几种的组合。

本发明的另一个方面，提供一种智能柔性复合材料零部件加工方法，包括如下步骤：

将原料片放入原料机架上；

高精度机器人将原料片抓取提供至原料预加热装置；

原料预加热装置将原料片加热到预热温度；

高精度机器人将预热好的原料片抓取放入热压成型系统；

原料在热压成型系统内，完成完整热压成型流程，成型完成后脱模，获得成品部件；

高精度机器人将所述成品部件从热压成型系统中抓取，将其放入成品机架内存放。

进一步的，所述原料预加热装置包括上、下相对设置的陶瓷加热片，设置于所述上、下相对设置的陶瓷加热片之间的自动伸缩可移动托盘以及红外测温装置；所述高精度机器人从原料机架的物料台上将料片抓取放入所述自动伸缩可移动托盘上，自动伸缩可移动托盘伸至陶瓷加热区域进行预加热；所述红外测温装置实时测量料片温度并进行温度反馈，当料片达到设定温度后所述自动伸缩可移动托盘退回至抓料位。

进一步的，所述控制系统根据原料片种类以及最终成型件要求，可设置热压成型升温速度及时间，保压、保温时间，降温冷却速度等，并根据所述控制系统设置，调整供料以及原料片预加热时续。

本发明具有以下有益效果及优点：

本发明通过高度集成的自动化和高效的急热急冷工艺，解决了目前复合材料零部件生产加工自动化程度低、生产效率低、生产成本高、产品质量不稳定的问题，做到高集成、高效率、高质量的工业生产复合材料零部件，大大降低由于传统生产中人力密集造成的高成本，提高了产品的精度和质量稳定性；通过本方面的设备和方法，可以使原本造价极高的复合材料广泛应用于例如汽车制造以及其他民用产品。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的一种智能柔性复合材料零部件生产线设备的示意图；

图中的附图标记为：

1-机器人系统、2-原料机架、3-原料预加热装置、4-热压成型系统、5-成品机架、6-端拾器机架、7-模具、8-控制系统、9-高精度机器人、10-带真空吸盘的端拾器、11-物料台、12-第一边缘导向定位、13-预警装置、14-陶瓷加热片、15-自动伸缩可移动托盘、16-红外测温装置、17-伺服压机、18-成品料台、19-第二边缘导向定位。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“端部”、“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置/开设有”、“连接”、等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明提供一种智能柔性复合材料零部件生产线设备，所述生产线设备包括机器人系统1，依次围绕所述机器人系统1设置原料机架2，原料预加热装置3，热压成型系统4，和成品机架5和控制系统8；所述机器人系统1包括高精度机器人9，所述高精度机器人9将料片在所述原料机架2中抓取后，依次传递至原料预加热装置3和热压成型系统4中进行加工，加工完成后传递至所述成品机架5中；所述热压成型系统4可进行对模具的可控加热冷却。

具体的，所述高精度机器人9可拆卸设置有带真空吸盘的端拾器10。在一个实施例中，所述成品机架5包括端拾器机架6，所述端拾器机架6上有多组带真空吸盘的端拾器10，用于不同规格料片的拾取。

例如，在一个实施例中，在所述高精度机器人9的第6轴上安装有一组带真空吸盘的端拾器10。

例如，在一个实施例中，所述高精度机器人9可以依据实际需求而设计，改变具体轴数，所述带真空吸盘的端拾器10的安装位置以方便拾取、运作时占据空间小为宜。

例如，在一个实施例中，所述高精度机器人9可以是精度在0.01～0.1mm之间(例如0.02mm、0.03mm、0.04mm、0.05mm、0.06mm、0.07mm、0.08mm、0.09mm等)的重复定位精度，高低温环境都可以满足使用，完善的标准化工艺包，轻松实现各高难度生产作业的出色成果。

具体的，所述原料机架2的上表面设置有料片物料台11，在所述料片物料台11的至少一边设置有第一边缘导向定位12，所述料片物料台11上设置有检测预警装置13。

例如，在一个实施例中，所述检测预警装置13可以包含红外距离传感器，其作用在于探测料片物料台11上物料厚度，进而判断料片物料台11上物料数量。

例如，在一个实施例中，所述检测预警装置13可以包含压力传感器，可检测物料台11上物料重量，进而判断料片物料台11上物料数量。

例如，在一个实施例中，可以是在所述料片物料台11的三边设置有第一边缘导向定位12，另外一边设置有所述预警装置13。

此外，所述第一边缘导向定位12和/或所述预警装置13可以设置在所述料片物料台11的顶角处。

具体的，所述原料预加热装置3包括上、下相对设置的陶瓷加热片14、自动伸缩可移动托盘15以及红外测温装置16，其中所述自动伸缩可移动托盘15设置于所述上、下相对设置的陶瓷加热片14之间，用于运送原料片进入加热区加热，所述红外测温装置，监测所述料片的实时温度。

例如，在一个实施例中，所述自动伸缩可移动托盘15的初始位置可以是在所述上、下相对设置的陶瓷加热片14限定的预热区域之内，也可以是之外，靠近所述原料机架2，从而便于高精度机器人9拾取料片。

例如，在一个实施例中，所述上、下相对设置的陶瓷加热片14也可以是可调整的，例如二者相对位置可调整，具体面积可调整等。

具体的，所述热压成型系统4包括伺服压机17和模具7，其中所述模具7具有可控急热急冷功能。例如，急热可以是温度设定在80℃～200℃，时间设定在30s～120s。急冷可以是温度设定在200-80度，时间设定在30-120秒。

例如，在一个实施例中，所述模具7的加热方式为电磁加热、红外加热、蒸气加热、热油加热、电热棒加热以及其他可控加热方式中的一种或几种的组合。

例如，在一个实施例中，所述模具7的冷却方式为气冷、水冷、油冷以及其他可控冷却方式中的一种或几种的组合。

例如，在一个实施例中，所述热压成型系统4中的所述伺服压机17具有机身强度高、设备速度稳定、上压速度快、保压/持压性能稳定的特点，主要涉及伺服传动控制系统及高精度丝杆，机身结构主要分为四柱结构与框架结构，可以形成多级压力和速度控制的控制系统，可以满足不同规格压制产品的工艺要求，滑块压力和速度可按曲线闭环控制运行，同时具有很高的效率与很小的装机功率，压机与急冷急热设备结合高效率控制，保证料片的快速加热均匀性和冷却的时间，确保材料成型后的效果。

具体的，所述成品机架5还包括成品料台18和在所述成品料台18的至少一边设置有第二边缘导向定位19。

具体的，所述控制系统8分别与原料机架2、原料预热装置3、热压成型系统4、成品机架5相连接，所述控制系统8内置有节拍时序控制器，根据复合材料件在生产线运转情况以及所需工艺，随时调整整个生产线上的时续及速度。

例如，在一个实施例中，所述控制系统8与所述热压成型系统4连接，对热压成型流程参数进行采集、处理，并对热压成型流程进行控制；

例如，在一个实施例中，所述控制系统8与所述原料机架2连接。其中当原料机架2上原料片数量不足时进行提示报警或暂停产线工作；

具体的，本发明还提供一种智能柔性复合材料零部件加工方法，包括如下步骤：

步骤S11，将原料片放入原料机架2上；

步骤S12，高精度机器人9将原料片抓取提供至原料预加热装置3；

步骤S13，原料预加热装置3将原料片加热到预热温度；

步骤S14，高精度机器人9将预热好的原料片抓取放入热压成型系统4；

步骤S15，原料在热压成型系统4内，完成完整热压成型流程，成型完成后脱模，获得成品部件。

步骤S14，高精度机器人9将所述成品部件从热压成型系统4中抓取，将其放入成品机架5内存放。

在步骤S11或步骤S12之前，可以依据实际需求在所述高精度机器人9上设置相应规格的带真空吸盘的端拾器10。

在步骤S11中，所述料片可以是成垛料片，由于所述料片物料台11三边有第一边缘导向定位12，可以保证料片放入的准确定位，而且由于设有预警装置13，可发出料片有无检测和料片缺料预警信号，以便可以正确的进行加工。

在步骤S12中，所述高精度机器人9从原料机架2的料片物料台11上将料片抓取放入所述自动伸缩可移动托盘15上，自动伸缩可移动托盘15伸至陶瓷加热区域进行预加热；所述红外测温装置16实时测量料片温度并进行温度反馈，当料片达到设定温度后所述自动伸缩可移动托盘15退回至抓料位。

在步骤S13中，所述高精度机器人9将预热好的料片抓取放入所述模具7内，所述伺服压机17下压合模，所述控制系统8控制所述模具7进行急热急冷工艺以成型，成型完成后脱模。

在步骤S14中，可以将所述成品部件放入成品机架5内的成品料台18集中存放。

综上所述，本发明针对目前复合材料产品行业生产效率低、自动化程度低等问题，提出了一种复合材料生产线，通过高度集成的自动化和高效的急热急冷工艺，解决了目前复合材料零部件行业自动化程度低、生产效率低、生产成本高、产品质量不稳定的问题，做到高集成、高效率、高质量的工业生产复合材料零部件，大大降低由于传统生产中人力密集造成的高成本，提高了产品的精度和质量稳定性。这是一种新的适用于复合材料产品自动化的解决方案，使原本造价高的复合材料广泛应用于汽车制造以及其他民用产品，适合推广使用。

最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (13)

1.一种智能柔性复合材料零部件生产线设备，其特征在于，所述生产线设备包括机器人系统(1)，依次围绕所述机器人系统设置原料机架(2)，原料预加热装置(3)，热压成型系统(4)，成品机架(5)和控制系统(8)；所述机器人系统(1)包括高精度机器人(9)，所述高精度机器人(9)将料片在所述原料机架(2)中抓取后，依次传递至原料预加热装置(3)和热压成型系统(4)中进行加工，加工完成后传递至所述成品机架(5)中；所述热压成型系统(4)进行对模具的可控快速加热冷却。

2.根据权利要求1所述的一种智能柔性复合材料零部件生产线设备，其特征在于，所述控制系统(8)分别与原料机架(2)、原料预热装置(3)、热压成型系统(4)、成品机架(5)及高精度机器人(9)相连接；所述控制系统(8)内置有节拍时序控制器，根据复合材料件在生产线运转情况以及所需工艺，随时调整整个生产线上的时续及速度；所述控制系统(8)通过与所述热压成型系统(4)连接，对热压成型流程参数进行采集、处理，并对热压成型流程进行控制；另外，所述控制系统(8)通过与所述原料机架(2)连接；其中当原料机架(2)上原料片数量不足时进行提示报警或暂停产线工作。

3.根据权利要求1所述的一种智能柔性复合材料零部件生产线设备，其特征在于，所述高精度机器人(9)可根据生产需求拆装设置有带真空吸盘的端拾器(10)。

4.根据权利要求3所述的一种智能柔性复合材料零部件生产线设备，其特征在于，所述生产线设备包括端拾器架(6)，所述端拾器架(6)上有多组不同规格带有真空吸盘的端拾器(10)，用于不同规格原料片的拾取。

5.根据权利要求1所述的一种智能柔性复合材料零部件生产线设备，其特征在于，所述成品机架(5)包括成品料台(18)，所述成品料台(18)的至少一边设置有第二边缘导向定位(19)。

6.根据权利要求1所述的一种智能柔性复合材料零部件生产线设备，其特征在于：所述原料机架(2)的上表面设置有料片物料台(11)，在所述料片物料台的至少一边设置有第一边缘导向定位(12)，所述料片物料台上设置有检测预警装置(13)。

7.根据权利要求6所述的一种智能柔性复合材料零部件生产线设备，其特征在于，所述检测预警装置(13)包含红外距离传感器，探测料片物料台(11)上物料厚度，进而判断料片物料台(11)上物料数量；所述检测预警装置(13)包含压力传感器，检测物料台(11)上物料重量，进而判断料片物料台(11)上物料数量。

8.根据权利要求1所述的一种智能柔性复合材料零部件生产线设备，其特征在于，所述原料预加热装置(3)包括上、下相对设置的陶瓷加热片(14)、自动伸缩可移动托盘(15)以及红外测温装置(16)，其中所述自动伸缩可移动托盘(15)设置于所述上、下相对设置的陶瓷加热片(14)之间，用于运送原料片进入加热区加热，所述红外测温装置(16)，监测所述料片的实时温度。

9.根据权利要求1所述的一种智能柔性复合材料零部件生产线设备，其特征在于，所述热压成型系统(4)包括伺服压机(17)和模具(7)，其中所述模具(7)具有可控急热急冷功能。

10.根据权利要求10所述的一种智能柔性复合材料零部件生产线设备，其特征在于，所述模具(7)的加热方式为电磁加热、红外加热、蒸气加热、热油加热以及电热棒加热方式中的一种或几种的组合；所述模具(7)的冷却方式为气冷、水冷以及油冷方式中的一种或几种的组合。

11.一种智能柔性复合材料零部件加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将原料片放入原料机架(2)上；

2)高精度机器人(9)将原料片抓取提供至原料预加热装置(3)；

2)原料预加热装置(3)将原料片加热到预热温度；

3)高精度机器人(9)将预热好的原料片抓取放入热压成型系统(4)；

4)原料在热压成型系统(4)内，完成完整热压成型流程，成型完成后脱模，获得成品部件；

5)高精度机器人(9)将所述成品部件从热压成型系统(4)中抓取，将其放入成品机架(5)内存放。

12.根据权利要求11所述的一种智能柔性复合材料零部件加工方法，其特征在于，所述原料预加热装置(3)包括上、下相对设置的陶瓷加热片(14)，设置于所述上、下相对设置的陶瓷加热片(14)之间的自动伸缩可移动托盘(15)以及红外测温装置(16)；所述高精度机器人(9)从原料机架(2)的物料台上将料片抓取放入所述自动伸缩可移动托盘(15)上，自动伸缩可移动托盘(15)伸至陶瓷加热区域进行预加热；所述红外测温装置(16)实时测量料片温度并进行温度反馈，当料片达到设定温度后所述自动伸缩可移动托盘(15)退回至抓料位。

13.根据权利要求11所述的一种智能柔性复合材料零部件加工方法，其特征在于，控制系统(8)根据原料片种类以及最终成型件要求，可设置热压成型升温速度及时间，保压、保温时间，降温冷却速度，并根据所述控制系统(8)设置，调整供料以及原料片预加热时续。