CN110293435A - 一种基于双y轴雕刻中心的自动上下料控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于双Y轴雕刻中心的自动上下料控制系统及方法，控制系统包括分别通过上下料控制子系统、机床控制子系统和监控示教控制子系统进行操纵的上下料工作区、机床加工区以及人机交互区，上下料工作区中设有供料模组、运料模组、换料模组及其各自的模组组件。供料模组包括设置在料仓当中的供料Z轴机械手、供料Y轴机械手以及定位装置，供料Z轴机械手上带有用于读取工件二维码标签信息的二维码扫描识别设备；料仓当中设置有上料位、下料位和抽检位，定位装置能够对工件在X轴和Y轴的位置进行初定位；通过运料模组将上下料工作区的工件输送至机床加工区，通过换料模组进行不同机床交替换料加工。本发明使用灵活，方便品质管控。

Description

一种基于双Y轴雕刻中心的自动上下料控制系统及方法

技术领域

本发明属于雕刻中心设计领域，具体涉及一种基于双Y轴雕刻中心的自动上下料控制系统及方法，针对双Y轴雕刻中心的产品实现自动识别、自动交替换料、自动加工。

背景技术

具备复合加工能力的雕刻中心，能够用于铣削、车削、磨削、抛光、刮削、孔加工、螺纹加工等多种加工场景，被广泛应用于3C行业、精密模具行业、医疗行业等多个领域。随着行业市场的发展，原先单一品种大批量的产品特点，逐渐演化为多品种、小批量、生产需求快速更替的市场现状。若继续采用传统的人工作业方式，容易导致生产管理错误频发、生产加工效率低下等诸多不良后果，而实际人力成本却越来越高，极大地浪费企业的人力、物力和财力，因此，自动化精益生产管理模式已经成为大势所趋。

双Y轴雕刻中心具有节约场地和成本的突出优势，对设备占用场地有限制的雕刻中心用户，很多都会选择双Y轴雕刻中心，但由于缺乏针对双Y轴雕刻中心的自动控制系统，很多企业还停留在人工作业模式，这种生产管理模式已经越来越不能适应多品种小批量的市场发展需求；传统的自动上下料控制系统无法适应双Y轴雕刻中心的加工特点，自动换料节拍设计不合理，机床利用率不高，这是对机床加工资源的浪费；并且很多自动上下料控制系统存在着控制方式固定死板，产品通用性差，产品加工过程无法管控，产品加工质量无法随时抽检，产品加工过程不可追溯等诸多问题。综上，现有自动上下料控制系统运行利用率低，维护成本高，加重了企业的投入负担；生产加工过程无法追溯管控，故障问题不能及时排解，造成了生产材料和加工周期的浪费，产品良品率无法得到保证；生产变更不灵活，无法适应产品生产需求快速更替的市场现状。

发明目的

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种基于双Y轴雕刻中心的自动上下料控制系统及方法，实现针对双Y轴雕刻中心的自动交替换料控制，改善上下料节拍，减少机床等待加工时间，尤其对于一些实际加工时间较短的产品，效果则更为显著；系统可随时抽检成品，方便品质管控，提升良品率；并能够记录和管理产品流转和加工信息，分配机床自动调取不同工件类型加工文件，允许机床随时在线/离线，多台机床可串线/并线工作，系统产品通用性好，生产变更管理灵活，适用于多品种小批量产品的加工需求。

为了实现上述目的，本发明基于双Y轴雕刻中心的自动上下料控制系统，包括上下料工作区、机床加工区和人机交互区，所述的上下料工作区中设置有供料模组、运料模组、换料模组及其各自的模组组件，所述的模组组件包含手爪、气缸、吸盘；供料模组包括设置在料仓当中的供料Z轴机械手、供料Y轴机械手以及定位装置，供料Z轴机械手上带有用于读取工件二维码标签信息的二维码扫描识别设备；料仓当中设置有上料位、下料位和抽检位，所述的定位装置能够对工件在X轴和Y轴的位置进行初定位；通过运料模组将上下料工作区的工件输送至机床加工区，运料模组的工件输送方向为X轴方向，机床加工区能够沿X轴方向扩展多台机床，每台双Y轴机床设置相应的加工治具和机构组件，通过换料模组进行不同机床交替换料加工；人机交互区通过HMI触摸屏进行加工过程的监控与示教；

所述的上下料工作区、机床加工区以及人机交互区分别通过上下料控制子系统、机床控制子系统和监控示教控制子系统进行操纵，上下料控制子系统作为主控系统，负责整个自动上下料控制系统的逻辑时序处理；机床控制子系统作为产品加工单元，与上下料控制系统通过I/O编码的方式进行通信，实现双Y轴交替换料加工；监控示教子系统作为人机交互单元，与上下料控制系统之间进行串行通信交互，进行各项手动操作、示教设置以及监控显示。

所述的上下料控制子系统能够操纵将毛坯料从料仓的上料位处搬运至机床内，再将加工完成的成品料从机床内搬运至料仓内的下料位或抽检位；能够采集系统内部传感器信号，控制手爪、气缸、吸盘动作；能够采集二维码标签信息来判断工件类型，并进行加工过程标记，实现产品追溯管理；能够处理HMI指令输入及信息输出；能够实现系统故障检测处理。

所述的机床控制子系统对双Y轴机床两侧的加工治具和机构组件单独控制，从而与换料模组两侧组件的控制相互配合，实现交替换料加工，并通过预读工件类型信息，调用相应工件加工程序进行加工。

所述的监控示教子系统与上下料控制系统之间通过RS485或RS422串行通信接口进行通信交互。

所述的手动操作包括模组轴控、手抓翻转、气缸伸缩、吸盘吸破以及按钮开关；示教设置包括位置示教、参数设置以及安全设置；监控显示包括状态监控、告警提示以及报警履历。

本发明基于双Y轴雕刻中心的自动上下料控制系统的控制方法，包括以下步骤：

系统启动后，首先判断系统运行模式，根据监控示教控制子系统选择或外部模式按钮开关，判断系统当前处于手动还是自动运行模式；

1)若系统处于手动运行模式；

根据监控示教控制子系统的HMI指令输入或外设按钮输入，上下料控制子系统执行不同模式下的模组轴控运动、组件机构动作，并完成系统状态监控显示的信息反馈；

2)若系统处于自动运行模式；

根据机床控制子系统的搬运需求，上下料控制子系统调度供料模组、运料模组、换料模组及其各自的模组组件，配合机床控制子系统的轴控运动和双Y轴机床的机构组件动作，实现搬运动作流程；自动运行过程中，通过按钮输入进行人工随时抽检、更换料盘的动作需求。

当出现系统初始化启动后的首次上料需求和机床Y轴机构工件加工完成后执行换料过程的先下料后上料需求，向机床的Y轴机构执行上料动作流程；

当出现机床Y轴机构工件加工完成后执行换料过程的先下料需求和系统全部加工完成后的末次下料需求，向机床的Y轴机构执行下料动作流程。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：针对双Y轴雕刻中心的加工特点，通过上下料控制子系统和机床控制子系统配合，自动交替换料加工，优化换料节拍控制方法，改善自动上下料节拍，减少机床等待加工时间，提高了雕刻中心生产加工效率，减少人工作业干预，操作简单，降低人为错误发生概率，节约人力成本。在上下料过程中，记录和管理产品工件类型、流转信息和加工信息等，并在调度控制设计中使用这些信息，可方便多台机床任务分配和生产变更管理，提升自动控制系统的产品通用性，也可方便产品追溯和品质管控。并且，可随时人工抽检成品，抽检不影响自动上下料控制系统整体运行，便于及时发现加工过程中的质量问题或隐患，减少生产材料和加工周期的浪费，方便产品品质管控，提升产品良品率。本发明变更和调度灵活，可分配机床自动调取不同工件类型加工文件，允许机床随时在线/离线，多台机床可串线/并线工作，系统采用柔性化控制方式，可拓展性和兼容性高。

附图说明

图1本发明自动上下料控制系统的结构示意图；

图2本发明自动上下料控制系统的控制原理框图；

图3本发明自动上下料控制系统的上料动作流程图；

图4本发明自动上下料控制系统的下料动作流程图；

附图中：1-料仓；2-供料Y轴机械手；3-HMI触摸屏；4-抽检位；5-上料位；6-定位装置；7-供料Z轴机械手；8-二维码扫描识别设备；9-下料位；10-运料模组；11-换料模组；12-运料模组组件；13-换料模组组件；14-第二机床；15-第一机床；16-机床第二Y轴机构组件；17-机床第一Y轴机构组件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

参见图1，本发明基于双Y轴雕刻中心的自动上下料控制系统，包括上下料工作区、机床加工区和人机交互区，上下料工作区中设有供料模组、运料模组10、换料模组11及其各自的组件，模组组件包含手爪、气缸、吸盘等执行机构。供料模组包括设置在料仓1当中的供料Z轴机械手7、供料Y轴机械手2以及定位装置6，供料Z轴机械手7上带有用于读取工件二维码标签信息的二维码扫描识别设备8；料仓1当中设置有上料位5、下料位9和抽检位4，定位装置6能够对工件在X轴和Y轴的位置进行初定位；通过运料模组10将上下料工作区的工件输送至机床加工区，运料模组10的工件输送方向为X轴方向，机床加工区能够沿X轴方向扩展多台机床，每台双Y轴机床设置相应的加工治具和机构组件，通过换料模组11进行不同机床交替换料加工；人机交互区通过HMI触摸屏3进行加工过程的监控与示教；

参见图2，上下料工作区、机床加工区以及人机交互区分别通过上下料控制子系统、机床控制子系统和监控示教控制子系统进行操纵，上下料控制子系统作为主控系统，负责整个自动上下料控制系统的逻辑时序处理；机床控制子系统作为产品加工单元，与上下料控制系统通过I/O编码的方式进行通信，实现双Y轴交替换料加工；监控示教子系统作为人机交互单元，与上下料控制系统之间进行串行通信交互，进行各项手动操作、示教设置以及监控显示。

上下料控制子系统能够操纵将毛坯料从料仓1的上料位5处搬运至机床内，再将加工完成的成品料从机床内搬运至料仓1内的下料位9或抽检位4；能够采集系统内部传感器信号，控制手爪、气缸、吸盘等执行机构动作；能够采集二维码标签信息来判断工件类型，并进行加工过程标记，实现产品追溯管理；能够处理HMI指令输入及信息输出，实现系统故障检测处理等。

机床控制子系统对双Y轴机床两侧的加工治具和机构组件单独控制，从而与换料模组11两侧组件的控制相互配合，实现交替换料加工，即机床第一Y轴机构加工时第二Y轴机构换料，第二Y轴机构加工时第一Y轴机构换料，通过优化换料节拍，减少机床换料等待时间，提高了整体加工效率；并通过预读工件类型信息，调用相应工件加工程序进行加工，实现生产变更的灵活性。

监控示教子系统与上下料控制系统之间通过RS485或RS422串行通信接口进行通信交互。主要实现功能包括模组及其组件操作、按钮开关及模式选择、位置示教、参数设置、安全设置、状态监控、报警履历、告警提示信息显示等。

参见图3-4，双Y轴雕刻中心自动上下料控制系统完成搬运请求仲裁、搬运动作流程、搬运信息反馈的完整过程，都是上下料控制子系统、机床控制子系统和监控示教子系统相互作用的结果。本发明基于双Y轴雕刻中心的自动上下料控制方法为：系统启动后，首先判断系统运行模式，根据监控示教控制子系统选择或外部模式按钮开关，判断系统当前处于手动/自动运行模式；(1)若系统处于手动运行模式，则根据监控示教控制子系统的HMI指令输入或外设按钮输入，上下料控制子系统执行不同模式下的模组轴控运动、组件机构动作等，并完成系统状态监控显示的信息反馈；(2)若系统处于自动运行模式，则根据机床控制子系统的搬运需求，上下料控制子系统调度供料模组、运料模组、换料模组及模组组件，配合机床控制子系统的轴控运动和第一/第二Y轴机构组件动作，实现相应的搬运动作流程；自动运行过程中，也可根据人工抽检、上下料位按钮输入实现随时抽检、更换料盘的动作需求。

以系统自动运行模式下，第一机床第一Y轴机构的上料和下料需求为例进行说明。

有以下两种情况时，需要向机床第一Y轴机构执行上料动作流程，即系统初始化启动后的首次上料需求和机床第一Y轴机构工件加工完成后执行换料过程的先下料后上料需求，向机床的第一Y轴机构执行上料动作流程。在此过程中，上料动作流程都是相同的，都是将上料位中的毛坯料经料仓模组、运料模组和换料模组搬运至机床台面治具上，具体上料动作流程如图3所示。有以下两种情况时，需要向机床第一Y轴机构执行下料动作流程，即机床第一Y轴机构工件加工完成后执行换料过程的先下料需求和系统全部加工完成后的末次下料需求，向机床的第一Y轴机构执行下料动作流程。在此过程中，下料动作流程都是相同的，都是将机床台面治具上的成品料经换料模组、运料模组搬运至料仓，并根据有无人工抽检信号，决定料仓模组运动到下料位/抽检位，具体下料动作流程如图4所示。

传统双Y轴雕刻中心普遍存在以下缺陷：

1、传统人工作业模式生产管理错误频发，生产加工效率低下；

2、没有针对双Y轴雕刻中心加工特点的自动上下料控制系统，换料节拍不合理，机床利用率不高，浪费机床加工资源；

3、产品质量无法随时抽检，无法实现品质管控；

4、产品生产过程无法追溯管理，故障问题不能及时排解；

5、机床加工产品形式单一，产品通用性差，控制方式固定死板，生产变更不灵活等。

相比于现有技术，本发明主要有以下几方面的技术优点：

1、改善传统人工作业模式，适用于多品种小批量产品的自动生产模式。

面对多品种、小批量、生产需求快速更替的市场现状，雕刻中心若继续采用传统人工作业模式，必将导致生产管理错误频发、生产加工效率低下，而本发明能实现针对双Y轴雕刻中心的产品自动识别自动换料自动加工，是适用于多品种小批量产品需求的自动生产模式。

2、针对双Y轴雕刻中心的自动上下料控制系统，自动交替换料，提高生产加工效率。

双Y轴雕刻中心可以交替加工第一Y轴机构和第二Y轴机构上的工件，设计针对双Y轴雕刻中心的自动上下料控制系统，实现针对双Y轴雕刻中心的自动交替换料控制，交替换料加工改善了自动上下料节拍，减少了机床等待加工时间，提高了雕刻中心生产加工效率。

3、随时抽检，确保生产过程品质管控。

传统雕刻中心自动控制系统在生产加工过程中，若要对产品进行加工质量抽检，只能在产品加工完成后，暂停自动控制系统进行人工抽检，无法在生产过程中进行品质管控，随时抽检。本发明在生产过程中随时人工抽检成品，确保生产过程的品质管控，提升产品良品率。

4、产品追溯，精确追溯产品生命周期生产信息。

传统雕刻中心自动上下料控制系统只能追溯进入该系统生产工序前后的产品信息，对该工序的生产状况和故障节点一无所知，本发明自动上下料控制系统能记录和管理此生产工序的产品流转和加工信息，实现产品在该道工序生命周期生产信息的精确追溯和管理。

5、柔性化控制系统，智能生产管理方式。

传统雕刻中心自动上下料控制系统控制流程固定死板，本发明允许机床随时在线/离线，多台机床可采取串线/并线方式，分配机床自动调取不同工件类型相应的加工文件，智能排产，生产管理变更灵活，系统控制方式可拓展性和兼容性高，符合柔性化控制的特点。

Claims (7)

1.一种基于双Y轴雕刻中心的自动上下料控制系统，其特征在于：包括上下料工作区、机床加工区和人机交互区，所述的上下料工作区中设置有供料模组、运料模组(10)、换料模组(11)及其各自的模组组件，所述的模组组件包含手爪、气缸、吸盘；供料模组包括设置在料仓(1)当中的供料Z轴机械手(7)、供料Y轴机械手(2)以及定位装置(6)，供料Z轴机械手(7)上带有用于读取工件二维码标签信息的二维码扫描识别设备(8)；料仓(1)当中设置有上料位(5)、下料位(9)和抽检位(4)，所述的定位装置(6)能够对工件在X轴和Y轴的位置进行初定位；通过运料模组(10)将上下料工作区的工件输送至机床加工区，运料模组(10)的工件输送方向为X轴方向，机床加工区能够沿X轴方向扩展多台机床，每台双Y轴机床设置相应的加工治具和机构组件，通过换料模组(11)进行不同机床交替换料加工；人机交互区通过HMI触摸屏(3)进行加工过程的监控与示教；

所述的上下料工作区、机床加工区以及人机交互区分别通过上下料控制子系统、机床控制子系统和监控示教控制子系统进行操纵，上下料控制子系统作为主控系统，负责整个自动上下料控制系统的逻辑时序处理；机床控制子系统作为产品加工单元，与上下料控制系统通过I/O编码的方式进行通信，实现双Y轴交替换料加工；监控示教子系统作为人机交互单元，与上下料控制系统之间进行串行通信交互，进行各项手动操作、示教设置以及监控显示。

2.根据权利要求1所述基于双Y轴雕刻中心的自动上下料控制系统，其特征在于：所述的上下料控制子系统能够操纵将毛坯料从料仓(1)的上料位(5)处搬运至机床内，再将加工完成的成品料从机床内搬运至料仓(1)内的下料位(9)或抽检位(4)；能够采集系统内部传感器信号，控制手爪、气缸、吸盘动作；能够采集二维码标签信息来判断工件类型，并进行加工过程标记，实现产品追溯管理；能够处理HMI指令输入及信息输出；能够实现系统故障检测处理。

3.根据权利要求1所述基于双Y轴雕刻中心的自动上下料控制系统，其特征在于：所述的机床控制子系统对双Y轴机床两侧的加工治具和机构组件单独控制，从而与换料模组(11)两侧组件的控制相互配合，实现交替换料加工，并通过预读工件类型信息，调用相应工件加工程序进行加工。

4.根据权利要求1所述基于双Y轴雕刻中心的自动上下料控制系统，其特征在于：所述的监控示教子系统与上下料控制系统之间通过RS485或RS422串行通信接口进行通信交互。

5.根据权利要求1所述基于双Y轴雕刻中心的自动上下料控制系统，其特征在于：所述的手动操作包括模组轴控、手抓翻转、气缸伸缩、吸盘吸破以及按钮开关；示教设置包括位置示教、参数设置以及安全设置；监控显示包括状态监控、告警提示以及报警履历。

6.一种如权利要求1-5中任意一项所述基于双Y轴雕刻中心的自动上下料控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：系统启动后，首先判断系统运行模式，根据监控示教控制子系统选择或外部模式按钮开关，判断系统当前处于手动还是自动运行模式；

1)若系统处于手动运行模式；

则根据监控示教控制子系统的HMI指令输入或外设按钮输入，上下料控制子系统执行不同模式下的模组轴控运动、组件机构动作，并完成系统状态监控显示的信息反馈；

2)若系统处于自动运行模式；

则根据机床控制子系统的搬运需求，上下料控制子系统调度供料模组、运料模组(10)、换料模组(11)及其各自的模组组件，配合机床控制子系统的轴控运动和双Y轴机床的机构组件动作，实现搬运动作流程；自动运行过程中，通过按钮输入进行人工随时抽检、更换料盘的动作需求。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：当出现系统初始化启动后的首次上料需求和机床Y轴机构工件加工完成后执行换料过程的先下料后上料需求，向机床的Y轴机构执行上料动作流程；当出现机床Y轴机构工件加工完成后执行换料过程的先下料需求和系统全部加工完成后的末次下料需求，向机床的Y轴机构执行下料动作流程。