CN111136495A - 多品种小批量加工件的智能无人cnc加工方法及系统 - Google Patents

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    • B23Q7/00Arrangements for handling work specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools, e.g. for conveying, loading, positioning, discharging, sorting
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Abstract

本发明提供了多品种小批量加工件的智能无人CNC加工方法及系统,根据产线待加工物料信息和生产设备状态自动生成先进先出的生产任务列表,设备控制模块实时从生产任务列表获取生产任务并动态生成生产任务控制指令,其中:生产任务包括任务类型、用于完成任务的目标CNC和目标机器人;生产任务控制指令包括CNC操作指令和机器人操作指令。该方法与系统通过提前将产线所有CNC的刀具库按照不同加工精度等级进行分类设置并引入具备高重复定位精度的工件通用工装夹具,除了能够显著提高CNC的柔性加工性能外,还能很好的适应多品种小批量加工件的搬运与加工需求。该加工方法使得CNC的空闲率更低、工厂的产能得到更充分的开发利用。

Description

多品种小批量加工件的智能无人CNC加工方法及系统
技术领域
本发明涉及智能加工领域,具体而言,涉及多品种小批量加工件的智能无人CNC加工方法及系统。
背景技术
随着人工成本的上升,机器人技术、无线通讯与控制技术的进一步发展,智能生产技术被广泛应用于工厂内。但是,对于多品种、小批量生产来说,由于制造的多元性和多变性特点,依然存在诸多困难与缺陷,包括:
(1)对于多品种、小批量生产来说,由于加工工件种类(加工材料、尺寸、精度等级)繁多,使得CNC必须具备庞大的刀具库以涵盖所有的加工强度与精度才能满足生产需求。
(2)当需要加工不同种类的工件时,对于刀具库容量有限的CNC,每更换一次加工件种类,必须要花大量的时间进行换刀、对刀和定位等校准工作,使得CNC 的有效加工时间大大降低,造成加工资源的极度浪费。
(3)现有技术中,使用的CNC设备并不具备超大型刀具库,在加工多品种工件时,由于刀具重新校准问题,使得CNC的空闲率较大,产能未得到充分的开发利用。
(4)为了克服传统加工方式在多品种小批量加工件条件下的低效率问题,企业必须要考虑购买现代的具备超大型刀具库的加工设备,并引入自动化加工解决方案,而这将给企业带来极大的财务压力。
(5)企业对现有工厂进行全新的自动化升级,将不可避免的涉及到工厂布局与生产设备的重新调整,加上调整后的设备再调试,所消耗的也是一笔不容小觑的费用。
因此,对于仍然无法摆脱现有低效的多品种小批量工件加工方法的企业,急需智能化实施成本更低、智能化程度更高、且效率更高的智能无人CNC加工方法及系统。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提供了一种多品种小批量加工件的智能无人CNC 加工方法,应用于具有可360度自由移动的机器人、随行夹具、夹具底座、CNC、入料架、出料架、图形码生成模块、生产任务生成模块、设备控制模块的工厂,所述机器人携带有能够识别图形码的扫描装置,包括:
(1)CNC刀库设置
预先将各种刀具按照预设的加工精度等级进行分类,每种加工精度等级可以分别对应一台或多台CNC,在每台CNC的刀库中安装与该CNC加工能力可达到的精度等级匹配的刀具;
(2)工件准备、识别与绑定
利用所述随行夹具将待加工件夹持并用其自带的加工基准位校准装置校准好工件的加工基准点,再将装载有待加工件的随行夹具放置在入料架上,所述机器人在入料架上取料时通过扫描装置识别工件图形码和随行夹具图形码,并将图形码识别信息反馈给所述设备控制模块,设备控制模块根据图形码识别信息将工件与随行夹具之间的对应关系进行绑定;
(3)生产任务生成与执行
所述生产任务生成模块根据产线的生产资源信息动态生成当前耗时最短的生产任务并加入生产任务列表,生产任务的执行由所述设备控制模块实时从生产任务列表中以先进先出的次序访问每一生产任务并动态生成生产任务控制指令,其中生产任务控制指令包括CNC操作指令和机器人操作指令;
(4)给CNC上料与启动加工程序
当所述设备控制模块获取的生产任务类型为“给CNC上料”时,设备控制模块将发送与上料任务相关的一系列操作指令给目标机器人和目标CNC,目标机器人收到操作指令后,先移动到所述入料架并从入料架上抓取随行夹具,然后移动到目标CNC处并检测CNC是否处于开门状态,随后将随行夹具放到CNC机内的夹具底座上,最后所述设备控制模块下发相应操作指令给目标CNC,目标CNC收到操作指令后对机内已装夹完毕的工件进行加工;
(5)给CNC下料
当所述设备控制模块获取的生产任务类型为“给CNC下料”时,设备控制模块将发送与下料任务相关的一系列操作指令给目标机器人和目标CNC,目标CNC收到操作指令后,将工件解锁并开门等待下料;目标机器人收到操作指令后,先移动到目标CNC 并检测CNC是否处于开门状态,然后将完成加工的工件从目标CNC中取出并搬运放置到目标出料架上。
在一个具体的实施例中,“刀库设置”的方法包括,刀具除了需要覆盖所有的加工精度需求,还应覆盖所有的加工强度要求;为每种加工精度等级的CNC授予类型ID并保存到产线信息服务器中,所述设备控制模块可以从产线信息服务器中获取每种加工精度等级与CNC的对应关系;根据不同CNC类型所配置的刀库生成工件的加工程序文件并将加工程序文件与CNC类型的对应关系以及加工程序文件保存到产线信息服务器中;
和/或,生产资源信息包括待加工件信息、CNC运行状态、机器人运行状态;待加工件信息包括加工程序文件、加工耗时;CNC运行状态包括待上料、加工中;机器人运行状态包括空闲、在忙;生产任务列表是一个先进先出的列表,生产任务列表里的每个生产任务包括任务类型、搬运工件的目标机器人、机器人服务的目标CNC、目标料架,其中生产任务类型包括给CNC上料或给CNC下料。
优选地,“每种加工精度等级可以分别对应一台或多台CNC”的方法包括,企业可根据所有待加工件的加工精度范围,将多台CNC划分为不同的加工精度类型,优选地,划分为粗加工与精加工两种类型,再分别为这两种精度类型分配对应刀具以覆盖所有加工强度与加工精度需求。
在一个具体的实施例中,所述随行夹具能夹持不同尺寸的工件并具备极高的重复定位精度,一个随行夹具只可以夹持一个工件。
优选地,使随行夹具支持不同角度翻转以支持工件多面加工。
在一个具体的实施例中,所述夹具底座安装在CNC内的工作台上,可被设备控制模块通过基于网络协议的命令控制其锁紧或解锁随行夹具,夹具底座上能放置多个随行夹具;
优选地,可使夹具底座随CNC工作台旋转以支持多面加工。
在一个具体的实施例中,图形码包括二维码,工件二维码和随行夹具二维码在整个加工系统中唯一,它们由二维码生成模块按照预先设定的规则产生;工件二维码与指定的一个或多个加工程序文件对应;随行夹具在与工件解除绑定以前,随行夹具的二维码等同于其所绑定工件的二维码;
优选地,所述二维码应包括校验码,用于校验扫描装置所识别的二维码是否正确;
优选地,所述随行夹具二维码通过激光打印在能可拆洗地附着于随行夹具的金属片上;
优选地,所述二维图形码的旁侧设置有用于定位的至少一个三角形图形,进一步优选,所述三角形图形为多个,且分布在所述二维图形码的左右两侧,进一步优选,所述三角形包括直角三角形。
在一个具体的实施例中,所述CNC操作指令包括上传加工程序、校验加工程序、锁紧工件、解锁工件、开门、关门和启动加工程序,所述机器人操作指令包括移动、给 CNC上料、给CNC下料、从入料架取料、放料到出料架、读取工件二维码、读取随行夹具二维码;
优选地,所述加工程序应包括加工完成后对工件和随行夹具的清洁程序;
优选地,为目标CNC加装外置的开、关门设备,用于在目标CNC内置的命令不支持CNC操作指令的开门与关门操作时,该外置开、关门设备通过自定义的网络命令由设备控制模块下发控制指令进行控制。
在一个具体的实施例中,“生产任务生成与执行”中的关于“根据产线的生产资源信息动态生成当前耗时最短的生产任务”的方法包括:
生产任务生成模块实时获取产线的生产资源信息并实时计算以下时间:
T1:下一批待加工件在目标CNC上完成加工所需的时间;
T2:目标机器人将下一批待加工件放入目标CNC机内所需的时间;
TX:T1+T2;
只有存在“空闲”状态的机器人才启动T1、T2和TX的计算,其中T2对于不同运行状态下的目标CNC所包含的时间是不同的,分别如下:
目标CNC运行状态为“待上料”时,T2包括:入料架取料+上料到目标CNC机内;
目标CNC运行状态为“加工中”时,T2包括:等待目标CNC完成加工+给目标 CNC下料+出料架放料+入料架取料+上料到目标CNC机内;
假设产线内有N台CNC和M台“空闲”机器人,由于每一台“空闲”机器人都对应有N个TX值,所以M台“空闲”机器人对应有N*M个TX值,这N*M个TX 值中的最小值对应的就是当前耗时最短的生产任务;
当有生产任务被加入生产任务列表时,与该生产任务相关的目标机器人的状态由“空闲”变为“在忙”;
而当某个生产任务被完成时,即“给CNC上料”或“给CNC下料”任务完成时,与之相关的目标机器人的状态由“在忙”变为“空闲”。
一种多品种小批量加工件的智能无人CNC加工系统,用于实现前述任一技术方案所述的加工方法,包括:可360度自由移动的机器人、随行夹具、夹具底座、CNC、入料架、出料架、图形码生成模块、生产任务生成模块、设备控制模块的工厂,所述机器人携带有能够识别图形码的扫描装置,所述机器人携带有夹具搬运平台,该夹具搬运平台可容纳多个随行夹具,用做随行夹具搬运的中转平台。
在一个具体的实施例中,还包括产线信息服务器,所述产线信息服务器用于存储与产线配置相关的信息,这些信息主要包括:工件二维码与加工程序文件、可选CNC类型、加工时间的对应关系;产线所有可用CNC设备与分配IP地址、加工精度类型、驱动类型的对应关系;产线所有可用机器人与分配IP地址、驱动类型的对应关系,所述的设备控制模块和生产任务生成模块可通过网络访问产线信息服务器以获取所有这些与产线配置相关的信息。
在一个具体的实施例中,还包括通信模块,用于在设备控制模块、机器人和CNC 之间进行通信。
本发明至少具有以下有益效果:
与现有技术相比,本发明中能够根据加工件的种类选择匹配的CNC进行加工,且CNC的加工指令由设备控制模块动态生成,能够显著提高CNC的柔性,便于根据工件种类的变化及时调整服务的CNC以及服务的CNC的加工程序指令。而且,使用机器人对工件搬运,机器人的控制指令由设备控制模块动态生成,更加适应多品种、小批量加工件的搬运。
而且,将每台CNC的刀库按照工件的不同加工精度等级进行分类设置,使刀具的校准工作只需要调机时做一次就可以了,大大提高了CNC的利用率。
而且,本发明中预先将工件装夹在随工件移动的随行夹具上。机器人通过搬运随行夹具实现工件的批量搬运,工件的搬运效率更高,而且无需给机器人的机械手设计多种夹具,批量工件可随随行夹具一起放在CNC中,便于CNC对工件进行批量加工,加工效率和CNC上下工件的效率都更高。并且,设备控制模块还根据随行夹具在CNC上的装夹位置在CNC内对工件进行定位,提前上传对应的加工程序,实现了多品种小批量加工,进一步提升CNC的加工效率。
而且,机器人实现CNC上下料自动化,且工厂设备位置无需调整、车间无需重新布局或者只需非常小的调整,可使工厂升级的成本最小化。
进一步地,针对所有处于空闲状态的备用CNC,以及针对已完成加工且等待取出随行夹具的CNC,分别设置了更优化的服务的CNC选择方法,使得CNC空闲率更低,工厂的产能得到更充分的利用。
进一步地,与现有技术相比,本发明中图形码信息容量更大,且定位更精确。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附附图,作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,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相关的附图。
图1是实施例中加工方法的流程图;
图2是实施例中加工系统的控制关系简图;
图3是实施例中机器人的行走示意简图;
图4是实施例中随行夹具的示意图;
图5是实施例中随行夹具的图形码示意图。
具体实施方式
实施例
如图1-图5所示,本实施例提供了一种多品种小批量加工件的智能无人CNC加工方法(以下简称“加工方法”)。为实现前述加工方法,本实施例还提供了一种多品种小批量加工件的智能无人CNC加工系统(以下简称“加工系统”)。
具体地,加工系统包括可360度自由移动的机器人、随行夹具、夹具底座、CNC、入料架、出料架、图形码生成模块、生产任务生成模块、设备控制模块的工厂,所述机器人携带有能够识别图形码的扫描装置,所述机器人携带有夹具搬运平台,该夹具搬运平台可容纳多个随行夹具,用做随行夹具搬运的中转平台。
本实施例中,还包括产线信息服务器,所述产线信息服务器用于存储与产线配置相关的信息,这些信息主要包括:工件二维码与加工程序文件、可选CNC类型、加工时间的对应关系;产线所有可用CNC设备与分配IP地址、加工精度类型、驱动类型的对应关系;产线所有可用机器人与分配IP地址、驱动类型的对应关系,所述的设备控制模块和生产任务生成模块可通过网络访问产线信息服务器以获取所有这些与产线配置相关的信息。
本实施例中,还包括通信模块,用于在设备控制模块、机器人和CNC之间进行通信。
其中,关于加工系统前述各模块的进一步组成,在实施例后续部分进行。
相应地,本实施例还一种多品种小批量加工件的智能无人CNC加工方法,应用于具有可360度自由移动的机器人、随行夹具、夹具底座、CNC、入料架、出料架、图形码生成模块、生产任务生成模块、设备控制模块的工厂,所述机器人携带有能够识别图形码的扫描装置,包括:
(1)CNC刀库设置
预先将各种刀具按照预设的加工精度等级进行分类,每种加工精度等级可以分别对应一台或多台CNC,在每台CNC的刀库中安装与该CNC加工能力可达到的精度等级匹配的刀具;
(2)工件准备、识别与绑定
利用所述随行夹具将待加工件夹持并用其自带的加工基准位校准装置校准好工件的加工基准点,再将装载有待加工件的随行夹具放置在入料架上,所述机器人在入料架上取料时通过扫描装置识别工件图形码和随行夹具图形码,并将图形码识别信息反馈给所述设备控制模块,设备控制模块根据图形码识别信息将工件与随行夹具之间的对应关系进行绑定;
(3)生产任务生成与执行
所述生产任务生成模块根据产线的生产资源信息动态生成当前耗时最短的生产任务并加入生产任务列表,生产任务的执行由所述设备控制模块实时从生产任务列表中以先进先出的次序访问每一生产任务并动态生成生产任务控制指令,其中生产任务控制指令包括CNC操作指令和机器人操作指令;
(4)给CNC上料与启动加工程序
当所述设备控制模块获取的生产任务类型为“给CNC上料”时,设备控制模块将发送与上料任务相关的一系列操作指令给目标机器人和目标CNC,目标机器人收到操作指令后,先移动到所述入料架并从入料架上抓取随行夹具,然后移动到目标CNC处并检测CNC是否处于开门状态,随后将随行夹具放到CNC机内的夹具底座上,最后所述设备控制模块下发相应操作指令给目标CNC,目标CNC收到操作指令后对机内已装夹完毕的工件进行加工;
(5)给CNC下料
当所述设备控制模块获取的生产任务类型为“给CNC下料”时,设备控制模块将发送与下料任务相关的一系列操作指令给目标机器人和目标CNC,目标CNC收到操作指令后,将工件解锁并开门等待下料;目标机器人收到操作指令后,先移动到目标CNC 并检测CNC是否处于开门状态,然后将完成加工的工件从目标CNC中取出并搬运放置到目标出料架上。
在一个具体的实施例中,“刀库设置”的方法包括,刀具除了需要覆盖所有的加工精度需求,还应覆盖所有的加工强度要求;为每种加工精度等级的CNC授予类型ID并保存到产线信息服务器中,所述设备控制模块可以从产线信息服务器中获取每种加工精度等级与CNC的对应关系;根据不同CNC类型所配置的刀库生成工件的加工程序文件并将加工程序文件与CNC类型的对应关系以及加工程序文件保存到产线信息服务器中;
和/或,生产资源信息包括待加工件信息、CNC运行状态、机器人运行状态;待加工件信息包括加工程序文件、加工耗时;CNC运行状态包括待上料、加工中;机器人运行状态包括空闲、在忙;生产任务列表是一个先进先出的列表,生产任务列表里的每个生产任务包括任务类型、搬运工件的目标机器人、机器人服务的目标CNC、目标料架,其中生产任务类型包括给CNC上料或给CNC下料。
优选地,“每种加工精度等级可以分别对应一台或多台CNC”的方法包括,企业可根据所有待加工件的加工精度范围,将多台CNC划分为不同的加工精度类型。
优选地,划分为粗加工与精加工两种类型,再分别为这两种精度类型分配对应刀具以覆盖所有加工强度与加工精度需求。
需要说明的是,本实施例中将粗加工刀具和精加工刀具分开设置,使得部分CNC主要进行粗加工,部分CNC主要进行精加工,仅是一种优选的刀具设置方式。
在另一种实施方式中,为每台CNC的刀具库配置能覆盖所有加工精度需求的刀具种类。在其它实施方式中,也可以是同一个CNC中混合有粗加工刀具和精加工刀具,进一步地,对于工件数量较多的批次,可以将该工件加工所需的所有刀具或大部分刀具集成在同一个CNC中,使得同一种工件在单个CNC或者少量CNC即可完成所有加工工序。
在一个具体的实施例中,所述随行夹具能夹持不同尺寸的工件并具备极高的重复定位精度,一个随行夹具只可以夹持一个工件。
优选地,使随行夹具支持不同角度翻转以支持工件多面加工。
在一个具体的实施例中,所述夹具底座安装在CNC内的工作台上,可被设备控制模块通过基于网络协议的命令控制其锁紧或解锁随行夹具,夹具底座上能放置多个随行夹具;
优选地,可使夹具底座随CNC工作台旋转以支持多面加工。
在一个具体的实施例中,图形码包括二维码,工件二维码和随行夹具二维码在整个加工系统中唯一,它们由二维码生成模块按照预先设定的规则产生;工件二维码与指定的一个或多个加工程序文件对应;随行夹具在与工件解除绑定以前,随行夹具的二维码等同于其所绑定工件的二维码;
优选地,所述二维码应包括校验码,用于校验扫描装置所识别的二维码是否正确;
优选地,所述随行夹具二维码通过激光打印在能可拆洗地附着于随行夹具的金属片上;
优选地,所述二维图形码的旁侧设置有用于定位的至少一个三角形图形,进一步优选,所述三角形图形为多个,且分布在所述二维图形码的左右两侧。
在一个具体的实施例中,所述CNC操作指令包括上传加工程序、校验加工程序、锁紧工件、解锁工件、开门、关门和启动加工程序,所述机器人操作指令包括移动、给 CNC上料、给CNC下料、从入料架取料、放料到出料架、读取工件二维码、读取随行夹具二维码;
优选地,所述加工程序应包括加工完成后对工件和随行夹具的清洁程序;
优选地,为目标CNC加装外置的开、关门设备,用于在目标CNC内置的命令不支持CNC操作指令的开门与关门操作时,该外置开、关门设备通过自定义的网络命令由设备控制模块下发控制指令进行控制。
在一个具体的实施例中,“生产任务生成与执行”中的关于“根据产线的生产资源信息动态生成当前耗时最短的生产任务”的方法包括:
生产任务生成模块实时获取产线的生产资源信息(待加工件信息、CNC运行状态、机器人运行状态)并实时计算以下时间:
T1:下一批待加工件在目标CNC上完成加工所需的时间;
T2:目标机器人将下一批待加工件放入目标CNC机内所需的时间;
TX:T1+T2;
只有存在“空闲”状态的机器人才启动T1、T2和TX的计算,其中T2对于不同运行状态下的目标CNC所包含的时间是不同的,分别如下:
目标CNC运行状态为“待上料”时,T2包括:入料架取料+上料到目标CNC机内;
目标CNC运行状态为“加工中”时,T2包括:等待目标CNC完成加工+给目标 CNC下料+出料架放料+入料架取料+上料到目标CNC机内;
假设产线内有N台CNC和M台“空闲”机器人,由于每一台“空闲”机器人都对应有N个TX值,所以M台“空闲”机器人对应有N*M个TX值,这N*M个TX 值中的最小值对应的就是当前耗时最短的生产任务;
当有生产任务被加入生产任务列表时,与该生产任务相关的目标机器人的状态由“空闲”变为“在忙”;
而当某个生产任务被完成时,即“给CNC上料”或“给CNC下料”任务完成时,与之相关的目标机器人的状态由“在忙”变为“空闲”。
一种多品种小批量加工件的智能无人CNC加工系统,用于实现前述任一技术方案所述的加工方法,包括:可360度自由移动的机器人、随行夹具、夹具底座、CNC、入料架、出料架、图形码生成模块、生产任务生成模块、设备控制模块的工厂,所述机器人携带有能够识别图形码的扫描装置,所述机器人携带有夹具搬运平台,该夹具搬运平台可容纳多个随行夹具,用做随行夹具搬运的中转平台。
在一个具体的实施例中,还包括产线信息服务器,所述产线信息服务器用于存储与产线配置相关的信息,这些信息主要包括:工件二维码与加工程序文件、可选CNC类型、加工时间的对应关系;产线所有可用CNC设备与分配IP地址、加工精度类型、驱动类型的对应关系;产线所有可用机器人与分配IP地址、驱动类型的对应关系,所述的设备控制模块和生产任务生成模块可通过网络访问产线信息服务器以获取所有这些与产线配置相关的信息。
在一个具体的实施例中,还包括通信模块,用于在设备控制模块、机器人和CNC 之间进行通信。
由此,能够显著降低CNC的空闲率,提高工厂的生产效率。
因此,与现有技术相比,本实施例中能够根据加工件的种类选择匹配的CNC进行加工,且CNC的加工指令由设备控制模块动态生成,能够显著提高CNC的柔性,便于根据工件种类的变化及时调整服务的CNC以及服务的CNC的加工程序指令。而且,使用机器人对工件搬运,机器人的控制指令由设备控制模块动态生成,更加适应多品种小批量加工件的搬运。
而且,将每台CNC的刀库按照工件的不同加工精度等级进行分类设置,使刀具的校准工作只需要调机时做一次就可以了,大大提高了CNC的利用率。
而且,本实施例中预先将工件装夹在随工件移动的随行夹具上。机器人通过搬运随行夹具实现工件的批量搬运,工件的搬运效率更高,而且无需给机器人的机械手设计多种夹具,批量工件可随随行夹具一起放在CNC中,便于CNC对工件进行批量加工,加工效率和CNC上下工件的效率都更高。并且,设备控制模块还根据随行夹具在CNC 上的装夹位置在CNC内对工件进行定位,提前上传对应的加工程序,实现了多品种小批量加工,进一步提升CNC的加工效率。
而且,机器人实现CNC上下料自动化,且工厂设备位置无需调整、车间无需重新布局或者只需非常小的调整,可使工厂升级的成本最小化。
进一步地,针对所有处于空闲状态的备用CNC,以及针对已完成加工且等待取出随行夹具的CNC,分别设置了更优化的服务的CNC选择方法,使得CNC空闲率更低,工厂的产能得到更充分的利用。
本实施例中,随行夹具用于装夹工件并随工件移动,多个CNC用于放置随行夹具并对工件进行加工。为了便于本领域技术人员实施方案,现提供一种示例性的随行夹具,如图4所示,其结构包括夹具基座401和至少一个环形卡接座(图中未示出),夹具基座401的顶部设置有固定部402和多个活动部403,固定部402与夹具基座401固定连接,夹具基座401的顶部沿垂直于固定部402的方向设置有多个滑动槽405,滑动槽405 与活动部403一一对应,且活动部403可滑动地设置在滑动槽405中,活动部403设置有用于在夹具基座401上锁定活动部403的锁定机构,优选地,锁定机构为楔块,由锁紧螺丝4034锁紧或公开。环形卡接座固定在夹具基座401的底部,环形卡接座包括内环和外环,内环和外环之间由多个连接筋固定连接。
其中,夹具底座与随行夹具的结构相匹配,实现对随行夹具的夹紧与释放,例如气动夹紧或液压夹紧等,其具体组成结构可参考现有技术,本实施例中不再赘述。
本实施例中,机器人携带有扫描装置、机械手和装夹平台,扫描装置配置为扫描随行夹具上的图形码信息,机械手配置为搬运随行夹具,装夹平台配置为装夹随行夹具。其中,装夹平台用于装夹随行夹具,其具有多种实现结构,示例性地,其通过球头结构卡紧环形卡接座的内环。其中,扫描装置、机械手和装夹平台的具体组成结构,本领域技术可根据需要进行选型或设计,其本身亦可通过现有技术实现,本实施例中不再赘述。
本实施例中,设备控制模块用于存储刀具分配信息,接收工件的加工需求、检测CNC运行状态和检测机器人运行状态,以及生成对机器人和CNC的控制指令。在一种优选的实施方式中,设备控制模块具有多个子模块,例如资源信息服务器、客户端,客户端又可包括CNC订单客户端、数控调度客户端、数据显示端等。
本实施例中,通信模块用于在设备控制模块、机器人和CNC之间进行通信。其包括网关设备、路由设备等,例如设备控制模块与CNC之间优选通过有线方式进行通信,例如基于TCP/IP的LAN总线,例如设备控制模块与机器人之间优选通过无线方式进行通信。
优选地,图形码信息包括二维图形码,其设置在随行夹具的一侧表面。
优选地,二维图形码包括11个字符,其中9个数字字符和2个验证字符。进一步地,与现有技术相比,本实施例中由于图形码信息容量更大,且定位更精确。
优选地,二维图形码的旁侧设置有用于定位的至少一个三角形图形。进一步优选,三角形图形为多个,且分布在二维图形码的左右两侧。由于二维图形码的旁侧设置有用于定位的至少一个三角形图形,便于机器人快速、且精确地定位随行夹具。
如本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图,附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中,也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块,也可以进一步拆分成多个子模块。
上述本发明序号仅仅为了描述,不代表实施场景的优劣。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景,但是,本发明并非局限于此,任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多品种小批量加工件的智能无人CNC加工方法,应用于具有可360度自由移动的机器人、随行夹具、夹具底座、CNC、入料架、出料架、图形码生成模块、生产任务生成模块、设备控制模块的工厂,所述机器人携带有能够识别图形码的扫描装置,其特征在于,包括:
(1)CNC刀库设置
预先将各种刀具按照预设的加工精度等级进行分类,每种加工精度等级可以分别对应一台或多台CNC,在每台CNC的刀库中安装与该CNC加工能力可达到的精度等级匹配的刀具;
(2)工件准备、识别与绑定
利用所述随行夹具将待加工件夹持并用其自带的加工基准位校准装置校准好工件的加工基准点,再将装载有待加工件的随行夹具放置在入料架上,所述机器人在入料架上取料时通过扫描装置识别工件图形码和随行夹具图形码,并将图形码识别信息反馈给所述设备控制模块,设备控制模块根据图形码识别信息将工件与随行夹具之间的对应关系进行绑定;
(3)生产任务生成与执行
所述生产任务生成模块根据产线的生产资源信息动态生成当前耗时最短的生产任务并加入生产任务列表,生产任务的执行由所述设备控制模块实时从生产任务列表中以先进先出的次序访问每一生产任务并动态生成生产任务控制指令,其中生产任务控制指令包括CNC操作指令和机器人操作指令;
(4)给CNC上料与启动加工程序
当所述设备控制模块获取的生产任务类型为“给CNC上料”时,设备控制模块将发送与上料任务相关的一系列操作指令给目标机器人和目标CNC,目标机器人收到操作指令后,先移动到所述入料架并从入料架上抓取随行夹具,然后移动到目标CNC处并检测CNC是否处于开门状态,随后将随行夹具放到CNC机内的夹具底座上,最后所述设备控制模块下发相应操作指令给目标CNC,目标CNC收到操作指令后对机内已装夹完毕的工件进行加工;
(5)给CNC下料
当所述设备控制模块获取的生产任务类型为“给CNC下料”时,设备控制模块将发送与下料任务相关的一系列操作指令给目标机器人和目标CNC,目标CNC收到操作指令后,将工件解锁并开门等待下料;目标机器人收到操作指令后,先移动到目标CNC并检测CNC是否处于开门状态,然后将完成加工的工件从目标CNC中取出并搬运放置到目标出料架上。
2.根据权利要求1所述的多品种小批量加工件的智能无人CNC加工方法,其特征在于,“刀库设置”的方法包括,刀具除了需要覆盖所有的加工精度需求,还应覆盖所有的加工强度要求;为每种加工精度等级的CNC授予类型ID并保存到产线信息服务器中,所述设备控制模块可以从产线信息服务器中获取每种加工精度等级与CNC的对应关系;根据不同CNC类型所配置的刀库生成工件的加工程序文件并将加工程序文件与CNC类型的对应关系以及加工程序文件保存到产线信息服务器中;
和/或,生产资源信息包括待加工件信息、CNC运行状态、机器人运行状态;待加工件信息包括加工程序文件、加工耗时;CNC运行状态包括待上料、加工中;机器人运行状态包括空闲、在忙;生产任务列表是一个先进先出的列表,生产任务列表里的每个生产任务包括任务类型、搬运工件的目标机器人、机器人服务的目标CNC、目标料架,其中生产任务类型包括给CNC上料或给CNC下料;
优选地,“每种加工精度等级可以分别对应一台或多台CNC”的方法包括,企业可根据所有待加工件的加工精度范围,将多台CNC划分为不同的加工精度类型,优选地,划分为粗加工与精加工两种类型,再分别为这两种精度类型分配对应刀具以覆盖所有加工强度与加工精度需求。
3.根据权利要求1所述的多品种小批量加工件的智能无人CNC加工方法,其特征在于,所述随行夹具能夹持不同尺寸的工件并具备极高的重复定位精度,一个随行夹具只可以夹持一个工件;
优选地,使随行夹具支持不同角度翻转以支持工件多面加工。
4.根据权利要求1所述的多品种小批量加工件的智能无人CNC加工方法,其特征在于,所述夹具底座安装在CNC内的工作台上,可被设备控制模块通过基于网络协议的命令控制其锁紧或解锁随行夹具,夹具底座上能放置多个随行夹具;
优选地,可使夹具底座随CNC工作台旋转以支持多面加工。
5.根据权利要求1所述的多品种小批量加工件的智能无人CNC加工方法,其特征在于,图形码包括二维码,工件二维码和随行夹具二维码在整个加工系统中唯一,它们由二维码生成模块按照预先设定的规则产生;工件二维码与指定的一个或多个加工程序文件对应;随行夹具在与工件解除绑定以前,随行夹具的二维码等同于其所绑定工件的二维码;
优选地,所述二维码应包括校验码,用于校验扫描装置所识别的二维码是否正确;
优选地,所述随行夹具二维码通过激光打印在能可拆洗地附着于随行夹具的金属片上;
优选地,所述二维图形码的旁侧设置有用于定位的至少一个三角形图形,进一步优选,所述三角形图形为多个,且分布在所述二维图形码的左右两侧,进一步优选,所述三角形包括直角三角形。
6.根据权利要求1所述的多品种小批量加工件的智能无人CNC加工方法,其特征在于,所述CNC操作指令包括上传加工程序、校验加工程序、锁紧工件、解锁工件、开门、关门和启动加工程序,所述机器人操作指令包括移动、给CNC上料、给CNC下料、从入料架取料、放料到出料架、读取工件二维码、读取随行夹具二维码;
优选地,所述加工程序应包括加工完成后对工件和随行夹具的清洁程序;
优选地,为目标CNC加装外置的开、关门设备,用于在目标CNC内置的命令不支持CNC操作指令的开门与关门操作时,该外置开、关门设备通过自定义的网络命令由设备控制模块下发控制指令进行控制。
7.根据权利要求1所述的多品种小批量加工件的智能无人CNC加工方法,其特征在于,“生产任务生成与执行”中的关于“根据产线的生产资源信息动态生成当前耗时最短的生产任务”的方法包括:
生产任务生成模块实时获取产线的生产资源信息并实时计算以下时间:
(1)T1:下一批待加工件在目标CNC上完成加工所需的时间;
(2)T2:目标机器人将下一批待加工件放入目标CNC机内所需的时间;
(3)TX:T1+T2;
只有存在“空闲”状态的机器人才启动T1、T2和TX的计算,其中T2对于不同运行状态下的目标CNC所包含的时间是不同的,分别如下:
目标CNC运行状态为“待上料”时,T2包括:入料架取料+上料到目标CNC机内;
目标CNC运行状态为“加工中”时,T2包括:等待目标CNC完成加工+给目标CNC下料+出料架放料+入料架取料+上料到目标CNC机内;
假设产线内有N台CNC和M台“空闲”机器人,由于每一台“空闲”机器人都对应有N个TX值,所以M台“空闲”机器人对应有N*M个TX值,这N*M个TX值中的最小值对应的就是当前耗时最短的生产任务;
当有生产任务被加入生产任务列表时,与该生产任务相关的目标机器人的状态由“空闲”变为“在忙”;
而当某个生产任务被完成时,即“给CNC上料”或“给CNC下料”任务完成时,与之相关的目标机器人的状态由“在忙”变为“空闲”。
8.一种多品种小批量加工件的智能无人CNC加工系统,用于实现权利要求1-7中任一项所述的加工方法,其特征在于,包括:可360度自由移动的机器人、随行夹具、夹具底座、CNC、入料架、出料架、图形码生成模块、生产任务生成模块、设备控制模块的工厂,所述机器人携带有能够识别图形码的扫描装置,所述机器人携带有夹具搬运平台,该夹具搬运平台可容纳多个随行夹具,用做随行夹具搬运的中转平台。
9.根据权利要求8所述的多品种小批量加工件的智能无人CNC加工系统,其特征在于,还包括产线信息服务器,所述产线信息服务器用于存储与产线配置相关的信息,这些信息主要包括:工件二维码与加工程序文件、可选CNC类型、加工时间的对应关系;产线所有可用CNC设备与分配IP地址、加工精度类型、驱动类型的对应关系;产线所有可用机器人与分配IP地址、驱动类型的对应关系,所述的设备控制模块和生产任务生成模块可通过网络访问产线信息服务器以获取所有这些与产线配置相关的信息。
10.根据权利要求8所述的多品种小批量加工件的智能无人CNC加工系统,其特征在于,还包括通信模块,用于在设备控制模块、机器人和CNC之间进行通信。
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