CN110202388B - 一种小尺寸零件自动化生产线及生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小尺寸零件自动化生产线，包括总控系统、托盘、装夹工位、机器人、数控机床、清洁机、物料库和测量机。本发明的一种小尺寸零件自动化生产线及其生产方法，经过创建生产任务、物料入库、自动上料、自动加工、自动下料、自动测量、生产信息上报和物料出库等步骤，通过集成数控机床、工业机器人和测量机的方式构建自动化生产单元，可有效利用现有设备资源实现高自动化程度的零件制造模式，通过机器人代替人工上下料，通过托盘与零点定位系统避免人工对刀，通过物料库存储保证长时间自动运行，通过测量机对加工过程进行质量监控，最终达到提高生产效率、提高质量控制水平与减少人力资源投入的目的。

Description

一种小尺寸零件自动化生产线及生产方法

技术领域

本发明属于智能制造技术领域，具体涉及一种小尺寸零件自动化生产线及生产方法。

背景技术

在传统机械加工模式下，一台数控机床通常需由1至3名工人轮班操控，工人全程值守完成零件上料，装夹，对刀，调用程序以及下料等工作。人工作业时间散布于整个加工过程，生产任务重时，需要工人24小时轮班，使得生产效率较低，人力资源耗费大，且存在人为因素带来的质量隐患，尤其当数控加工设备较多时，由此产生的效率低下、人工成本高等问题将产生累积效应影响企业效益。

发明内容

为了克服在人工操控单台数控机床的生产模式下，生产自动化程度低、生产准备时间长及人工操作时间分散等问题，突破在生产效率、人力资源与质量控制等方面的瓶颈，本发明提供一种面向小尺寸零件机械加工的自动化生产线，以及小尺寸零件自动化生产线的生产方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种小尺寸零件自动化生产线，其特征在于：包括总控系统、托盘、装夹工位、机器人、数控机床、清洗 机、物料库和测量机；

所述总控系统包括PLC子系统、总控软件、计算机、计算机显示器和视频监控显示器，所述总控系统用于管控整个生产线，所述总控系统与装夹工位、机器人、数控机床、清洗机、物料库和测量相连，所述总控系统对各设备下发控制命令并接受反馈信息，所述PLC子系统由可编程逻辑控制器（PLC）、通讯模块和电气模块组成，所述PLC子系统用于接收计算机的指令，并结合设备状态和检测信号等控制设备完成具体的动作并把执行结果反馈给计算机，所述总控软件是操控整个生产线的人机界面，所述总控软件用于处理生产任务，所述生产任务包括任务的建立、管理和执行，所述总控软件在计算机上运行，所述计算机与工厂的制造执行系统（MES）相连，所述总控软件通过MES开发的通讯接口获取与该生产线相关的生产信息，所述生产信息包括产品信息、数量和排产计划；

所述托盘用于装夹与转运毛坯零件；所述装夹工位包括装夹工作台、托盘放置位和装夹引导显示器，所述托盘放置位设置在装夹工作台上，所述托盘放置位与托盘底部相配合，所述装夹引导显示器用于显示当前需要装夹的零件信息与托盘信息；

所述数控机床包括零点定位系统、自动门和视频监控摄像头，所述零点定位系统用于装夹托盘，所述自动门为机器人自动上下料提供窗口，所述视频监控摄像头的图像由视频监控显示器显示；

所述清洗机包括清洗槽和烘干槽，所述清洗机用于清除托盘与零件上的切屑，清洗完后快速烘干以保证现场的清洁；所述机器人安装在线性导轨的移动平台上，所述机器人的末端执行器用于抓取和放置托盘，并与托盘的外形结构相配合；所述物料库包括若干个物料库单元，所述物料库单元设有多个存放位。

优选的，所述测量机采用现场型三坐标测量机。

优选的，所述毛坯零件的最大外廓尺寸小于300mm×300mm×200mm。

一种小尺寸零件自动化生产线的生产方法，包括以下步骤：

步骤1 创建生产任务，工人可通过在总控软件中根据从MES获取的生产数据，自动生成生产线的生产任务，或根据实际需求，通过人工输入的方式创建生产任务，创建生产任务的过程中，可为单个零件指定加工机床，也可由总控软件自动分配，此外，还可标记需要测量的零件，或选择测量模式，所述测量模式包括首件测量、全部测量和间隔测量；

步骤2 物料入库，工人在装夹工位将毛坯零件装夹至托盘上，全部装夹完成后，首先，工人在总控软件中启动某个生产任务的物料入库环节，总控软件将生成装夹引导画面，并显示在装夹工位的装夹引导显示器上，装夹引导画面通过文字和图片的方式提示工人每次装夹应选用的托盘和物料信息，以及装夹方式，工人每完成一件毛坯零件与托盘的装夹，则将装好的的托盘放置于装夹工位的托盘放置位，总控系统检测到托盘后将控制机器人将托盘取走并放置于物料库中，重复此过程直至生产任务中的所有物料完成入库；

步骤3 自动上料，在总控系统完成物料入库后，总控系统控制机器人从物料库向数控机床上料，在机器人到达数控机床前，总控系统控制机床自动门开启，控制零点定位系统解锁，之后，机器人伸入机床内部，将装有毛坯零件的托盘放置于机床的零点定位系统上，机器人完全退出机床后，总控系统将锁紧零点定位系统，关闭机床自动门；

步骤4 自动加工，随即启动数控机床，开始加工，加工过程中，机床内部的视频监控摄像头将实时采集加工画面，并在视频监控显示器上显示，便于工人监控；

步骤5 自动下料，数控机床加工完成后将信息传输至总控系统，总控系统立即控制机器人对机床下料，总控系统开启自动门，解锁零点定位系统，机器人将带有零件的托盘从机床内部取出，随后自动门关闭，机器人将托盘送至清洗机中清洗，若零件不需要测量，机器人将托盘送至清洗机清洗后送回物料库中，对下一个物料，重复步骤3至步骤5，若零件需要测量，机器人将托盘送至清洗机清洗后转至步骤6；

步骤6 自动测量，若下料时，测量机处于空闲状态，机器人将托盘送至测量机处，总控系统解锁测量机的零点定位系统，待机器人放置托盘后，锁紧零点定位系统进行测量，测量完成后，零点定位系统再次解锁，机器人取走托盘放回至物料库，若下料时，测量机处于忙碌状态，机器人将托盘送至物料库暂存，加入待测量等待队列，当测量机空闲时，再由机器人依次送至测量机测量，重复步骤3至步骤6，直至所有零件完成加工和测量；

步骤7 生产信息上报，当所有物料加工及测量完成后，工人在总控软件中向MES上报完工信息和测量结果；

步骤8 物料出库，生产信息上报完成后，工人根据需要在总控软件中启动物料出库功能，机器人将物料库中的零件全部取出至装夹工位，工人拆卸托盘并分拣零件，至此一个典型的生产任务全部完成，在整个生产过程中，机器人通过在线性导轨上来回移动，以到达合适的工作位置，并利用末端执行器用于抓取和放置托盘。

本技术方案的有益效果如下：

通过集成数控机床、工业机器人、测量机的方式构建自动化生产单元，可有效利用现有设备资源实现高自动化程度的零件制造模式。通过机器人代替人工上下料，通过托盘与零点定位系统避免人工对刀，通过物料库存储保证长时间自动运行，通过测量机对加工过程进行质量监控，最终达到提高生产效率、提高质量控制水平与减少人力资源投入的目的。

附图说明

图1是一种小尺寸零件自动化生产单元的布局示意图；

图2是本发明提供的生产方法流程示意图；

图中：1、总控系统；2、计算机显示器；3、视频监控显示器；4、托盘；5、毛坯零件；6、装夹工位；7、托盘放置位；8、装夹引导显示器；9、数控机床；10、视频监控摄像头；11、零点定位系统；12、自动门；13、清洗 机；14、机器人；15、线性导轨；16、末端执行器；17、物料库；18、物料库单元；19、测量机。

具体实施方式

下面通过几个具体的实施例来进一步说明实现本发明目的技术方案，需要说明的是，本发明要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例的一种小尺寸零件自动化生产线，包括总控系统1、托盘4、装夹工位6、机器人14、数控机床9、清洗 机13、物料库17和测量机19；

所述总控系统1包括PLC子系统、总控软件、计算机、计算机显示器2和视频监控显示器3，所述总控系统1用于管控整个生产线，所述总控系统1与装夹工位6、机器人14、数控机床9、清洗 机13、物料库17和测量相连，所述总控系统1对各设备下发控制命令并接受反馈信息，所述PLC子系统由可编程逻辑控制器（PLC）、通讯模块和电气模块组成，所述PLC子系统用于接收计算机的指令，并结合设备状态和检测信号等控制设备完成具体的动作并把执行结果反馈给计算机，所述总控软件是操控整个生产线的人机界面，所述总控软件用于处理生产任务，所述生产任务包括任务的建立、管理和执行，所述总控软件在计算机上运行，所述计算机与工厂的制造执行系统（MES）相连，所述总控软件通过MES开发的通讯接口获取与该生产线相关的生产信息，所述生产信息包括产品信息、数量和排产计划；

所述托盘4用于装夹与转运毛坯零件5；所述装夹工位6包括装夹工作台、托盘放置位7和装夹引导显示器8，所述托盘放置位7设置在装夹工作台上，所述托盘放置位7与托盘4底部相配合，所述装夹引导显示器8用于显示当前需要装夹的零件信息与托盘4信息；

所述数控机床9包括零点定位系统11、自动门12和视频监控摄像头10，所述零点定位系统11用于装夹托盘4，所述自动门12为机器人14自动上下料提供窗口，所述视频监控摄像头10的图像由视频监控显示器3显示；

所述清洗机包括清洗槽和烘干槽，所述清洗机用于清除托盘4与零件上的切屑，清洗完后快速烘干以保证现场的清洁；所述机器人14安装在线性导轨15的移动平台上，所述机器人14的末端执行器16用于抓取和放置托盘4，并与托盘4的外形结构相配合；所述物料库17包括若干个物料库单元18，所述物料库单元18设有多个存放位。

优选的，所述测量机19采用现场型三坐标测量机19。

优选的，所述毛坯零件5的最大外廓尺寸小于300mm×300mm×200mm。

如图2所示，一种小尺寸零件自动化生产线的生产方法，包括以下步骤：

步骤1 创建生产任务，工人可通过在总控软件中根据从MES获取的生产数据，自动生成生产线的生产任务，或根据实际需求，通过人工输入的方式创建生产任务，创建生产任务的过程中，可为单个零件指定加工机床，也可由总控软件自动分配，此外，还可标记需要测量的零件，或选择测量模式，所述测量模式包括首件测量、全部测量、间隔测量等；

步骤2 物料入库，工人在装夹工位6将毛坯零件5装夹至托盘4上，全部装夹完成后，首先，工人在总控软件中启动某个生产任务的物料入库环节，总控软件将生成装夹引导画面，并显示在装夹工位6的装夹引导显示器8上，装夹引导画面通过文字和图片的方式提示工人每次装夹应选用的托盘4和物料信息，以及装夹方式，工人每完成一件毛坯零件5与托盘4的装夹，则将装好的的托盘4放置于装夹工位6的托盘放置位7，总控系统1检测到托盘4后将控制机器人14将托盘4取走并放置于物料库17中，重复此过程直至生产任务中的所有物料完成入库；

步骤3 自动上料，在总控系统1完成物料入库后，总控系统1控制机器人14从物料库17向数控机床9上料，在机器人14到达数控机床9前，总控系统1控制机床自动门12开启，控制零点定位系统11解锁。之后，机器人14伸入机床内部，将装有物料的托盘4放置于机床的零点定位系统11上，机器人14完全退出机床后，总控系统1将锁紧零点定位系统11，关闭机床自动门12；

步骤4 自动加工，随即启动数控机床9，开始加工。加工过程中，机床内部的视频监控摄像头10将实时采集加工画面，并在视频监控显示器3上显示，便于工人监控；

步骤5 自动下料，数控机床9加工完成后将信息传输至总控系统1，总控系统1立即控制机器人14对机床下料，总控系统1开启自动门12，解锁零点定位系统11，机器人14将带有零件的托盘4从机床内部取出，随后自动门12关闭，机器人14将托盘4送至清洗机中清洗，若零件不需要测量，机器人14将托盘4送至清洗机清洗后送回物料库17中，对下一个物料，重复步骤3至步骤5，若零件需要测量，机器人14将托盘4送至清洗机清洗后转至步骤6；

步骤6 自动测量，若下料时，测量机19处于空闲状态，机器人14将托盘4送至测量机19处，总控系统1解锁测量机19的零点定位系统11，待机器人14放置托盘4后，锁紧零点定位系统11进行测量，测量完成后，零点定位系统11再次解锁，机器人14取走托盘4放回至物料库17，若下料时，测量机19处于忙碌状态，机器人14将托盘4送至物料库17暂存，加入待测量等待队列，当测量机19空闲时，再由机器人14依次送至测量机19测量，重复步骤3至步骤6，直至所有零件完成加工和测量；

步骤7 生产信息上报，当所有物料加工及测量完成后，工人在总控软件中向MES上报完工信息和测量结果；

步骤8 物料出库，生产信息上报完成后，工人根据需要在总控软件中启动物料出库功能，机器人14将物料库17中的零件全部取出至装夹工位6，工人拆卸托盘4并分拣零件，至此一个典型的生产任务全部完成，在整个生产过程中，机器人14通过在线性导轨15上来回移动，以到达合适的工作位置，并利用末端执行器16用于抓取和放置托盘4。

通过集成数控机床、工业机器人、测量机的方式构建自动化生产单元，可有效利用现有设备资源实现高自动化程度的零件制造模式。通过机器人代替人工上下料，通过托盘与零点定位系统避免人工对刀，通过物料库存储保证长时间自动运行，通过测量机对加工过程进行质量监控，最终达到提高生产效率、提高质量控制水平与减少人力资源投入的目的。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种小尺寸零件自动化生产线，其特征在于：包括总控系统（1）、托盘（4）、装夹工位（6）、机器人（14）、数控机床（9）、清洗 机（13）、物料库（17）和测量机（19）；

所述总控系统（1）包括PLC子系统、总控软件、计算机、计算机显示器（2）和视频监控显示器（3），所述总控系统（1）用于管控整个生产线，所述总控系统（1）与装夹工位（6）、机器人（14）、数控机床（9）、清洗 机（13）、物料库（17）和测量相连，所述总控系统（1）对各设备下发控制命令并接受反馈信息，所述PLC子系统由可编程逻辑控制器（PLC）、通讯模块和电气模块组成，所述PLC子系统用于接收计算机的指令，并结合设备状态和检测信号等控制设备完成具体的动作并把执行结果反馈给计算机，所述总控软件是操控整个生产线的人机界面，所述总控软件用于处理生产任务，所述生产任务包括任务的建立、管理和执行，所述总控软件在计算机上运行，所述计算机与工厂的制造执行系统（MES）相连，所述总控软件通过MES开发的通讯接口获取与该生产线相关的生产信息，所述生产信息包括产品信息、数量和排产计划；

所述托盘（4）用于装夹与转运毛坯零件（5）；所述装夹工位（6）包括装夹工作台、托盘放置位（7）和装夹引导显示器（8），所述托盘放置位（7）设置在装夹工作台上，所述托盘放置位（7）与托盘（4）底部相配合，所述装夹引导显示器（8）用于显示当前需要装夹的零件信息与托盘（4）信息；

所述数控机床（9）包括零点定位系统（11）、自动门（12）和视频监控摄像头（10），所述零点定位系统（11）用于装夹托盘（4），所述自动门（12）为机器人（14）自动上下料提供窗口，所述视频监控摄像头（10）的图像由视频监控显示器（3）显示；

所述清洗机包括清洗槽和烘干槽，所述清洗机用于清除托盘（4）与零件上的切屑，清洗完后快速烘干以保证现场的清洁；所述机器人（14）安装在线性导轨（15）的移动平台上，所述机器人（14）的末端执行器（16）用于抓取和放置托盘（4），并与托盘（4）的外形结构相配合；所述物料库（17）包括若干个物料库单元（18），所述物料库单元（18）设有多个存放位；

所述一种小尺寸零件自动化生产线的生产方法，包括以下步骤：

步骤1 创建生产任务，工人可通过在总控软件中根据从MES获取的生产数据，自动生成生产线的生产任务，或根据实际需求，通过人工输入的方式创建生产任务；

步骤2 物料入库，工人在装夹工位（6）将毛坯零件（5）装夹至托盘（4）上，全部装夹完成后，首先，工人在总控软件中启动某个生产任务的物料入库环节，总控软件将生成装夹引导画面，并显示在装夹工位（6）的装夹引导显示器（8）上，装夹引导画面通过文字和图片的方式提示工人每次装夹应选用的托盘（4）、物料信息和装夹方式，工人每完成一件毛坯零件（5）与托盘（4）的装夹，则将装好的的托盘（4）放置于装夹工位（6）的托盘放置位（7），总控系统（1）检测到托盘（4）后将控制机器人（14）将托盘（4）取走并放置于物料库（17）中，重复此过程直至生产任务中的所有物料完成入库；

步骤3 自动上料，在总控系统（1）完成物料入库后，总控系统（1）控制机器人（14）从物料库（17）向数控机床（9）上料，在机器人（14）到达数控机床（9）前，总控系统（1）控制机床自动门（12）开启，控制零点定位系统（11）解锁之后，机器人（14）伸入机床内部，将装有物料的托盘（4）放置于机床的零点定位系统（11）上，机器人（14）完全退出机床后，总控系统（1）将锁紧零点定位系统（11），关闭机床自动门（12）；

步骤4 自动加工，随即启动数控机床（9），开始加工，加工过程中，机床内部的视频监控摄像头（10）将实时采集加工画面，并在视频监控显示器（3）上显示，便于工人监控；

步骤5 自动下料，数控机床（9）加工完成后将信息传输至总控系统（1），总控系统（1）立即控制机器人（14）对机床下料，总控系统（1）开启自动门（12），解锁零点定位系统（11），机器人（14）将带有零件的托盘（4）从机床内部取出，随后自动门（12）关闭，机器人（14）将托盘（4）送至清洗机中清洗，若零件不需要测量，机器人（14）将托盘（4）送至清洗机清洗后送回物料库（17）中，对下一个物料，重复步骤3至步骤5，若零件需要测量，机器人（14）将托盘（4）送至清洗机清洗后转至步骤6；

步骤6 自动测量，若下料时，测量机（19）处于空闲状态，机器人（14）将托盘（4）送至测量机（19）处，总控系统（1）解锁测量机（19）的零点定位系统（11），待机器人（14）放置托盘（4）后，锁紧零点定位系统（11）进行测量，测量完成后，零点定位系统（11）再次解锁，机器人（14）取走托盘（4）放回至物料库（17），若下料时，测量机（19）处于忙碌状态，机器人（14）将托盘（4）送至物料库（17）暂存，加入待测量等待队列，当测量机（19）空闲时，再由机器人（14）依次送至测量机（19）测量，重复步骤3至步骤6，直至所有零件完成加工和测量；

步骤7 生产信息上报，当所有物料加工及测量完成后，工人在总控软件中向MES上报完工信息和测量结果；

步骤8 物料出库，生产信息上报完成后，工人根据需要在总控软件中启动物料出库功能，机器人（14）将物料库（17）中的零件全部取出至装夹工位（6），工人拆卸托盘（4）并分拣零件，至此一个典型的生产任务全部完成，在整个生产过程中，机器人（14）通过在线性导轨（15）上来回移动，以到达合适的工作位置，并利用末端执行器（16）用于抓取和放置托盘（4）。

2.如权利要求1所述的一种小尺寸零件自动化生产线，其特征在于：所述测量机（19）采用现场型三坐标测量机（19）。

3.如权利要求1所述的一种小尺寸零件自动化生产线，其特征在于：所述毛坯零件（5）的最大外廓尺寸小于300mm×300mm×200mm。

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