CN112621390B

CN112621390B - 一种多工序自动生产控制方法及多工序自动生产线

Info

Publication number: CN112621390B
Application number: CN202011576537.4A
Authority: CN
Inventors: 桑原康宏
Original assignee: Changshu Synergy Automobile Parts Co ltd
Current assignee: Changshu Synergy Automobile Parts Co ltd
Priority date: 2020-12-28
Filing date: 2020-12-28
Publication date: 2024-03-01
Anticipated expiration: 2040-12-28
Also published as: CN112621390A

Abstract

一种多工序自动生产控制方法及多工序自动生产线，包括控制模块，地轨，机械手，若干加工单元，原料进料位，若干备料位和成品出料位，所述机械手可在地轨上移动并搬运工件；所述加工单元为控制面板信号为电信号的加工设备，分布在地轨运动方向两侧；所述原料进料位设置在地轨靠近首道工序加工单元的一端，所述成品出料位设置在地轨靠近末道工序加工单元的一端，所述备料位设置在不同工序的加工单元之间，所述各料位用于存放工件；所述控制模块根据机械手在地轨上所处点位以及各感应器反馈的信号，选择相应程序，向相应设备发送指令。

Description

一种多工序自动生产控制方法及多工序自动生产线

技术领域

本发明涉及自动化生产控制领域，尤其涉及一种多工序自动生产控制方法及多工序自动生产线。

背景技术

一种零件的加工往往需经多个工序，每道工序的加工要求和加工时间往往不同。目前普遍运用的CNC数控机床一般只能作为一个单独的加工单元，对同一工序同一设备上的零件进行自动加工，涉及到多工序多设备时，需使用人工操作。然而对复杂或精密零件进行多道工序加工时，使用人工操作成本较高，且容易出错。因此需要对现有生产线路进行改造，通过控制模块对生产线进行统一监控与控制，使之实现多工序多个加工单元的自动化生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多工序自动生产控制方法及多工序自动生产线，实现在无人操作情况下，同一生产线上不同工序的多个加工单元自动进料/换料、加工和出料，以及加工节拍的优化。所采用的技术方案为：

所述的一种多工序自动生产控制方法，包括以下步骤：

步骤一、改造与布置设备和线路：

将若干加工单元按序分布在地轨运动方向的两侧，其中，不同工序的加工单元数量比例由每道工序所需的加工时间决定，如第一道工序所需加工时间为3分钟，第二道工序所需加工时间为9分钟，则第一工序与第二工序加工单元的数量比设置为1:3，以使不同工序之间的加工节拍相互配合；

所述加工单元优选对称设置，(对称设置时)地轨一个点位可以记录两台加工单元，减少数据量。

所述加工单元是控制面板信号为电信号的加工设备，优选CNC数控机床，所述电信号控制面板通常是按钮面板(区别于触摸屏控制面板)；

地轨靠近首道工序加工单元的一端设置原料进料位，地轨靠近末道工序加工单元的一端设置成品出料位，不同工序的加工单元之间设置备料位，作为上道工序的出料位/下道工序的进料位；

地轨上设置机械手，机械手可在地轨上移动并搬运工件；

优选的，地轨采用伺服电机驱动机械手移动，所述伺服电机控制器具有记录点位功能；根据产线设计，预先录入点位对应的设备。

各加工单元、备料位、机械手、地轨和进/出料位与控制模块相连接，所述控制模块通过机械手所处点位确定机械手所在区域对应的组件(加工单元、料位等)，从而选择对应程序；优选的，所述控制模块采用PLC编程。

步骤二：设置控制模块判断顺序：

控制模块对同一工序不同加工单元的判断为顺序不循环选择。即判断完某一工序加工单元1号机，(需要时)完成动作后，进行该工序加工单元2号机判断，判断完该工序所有加工单元后，切换判断下一工序加工单元；

控制模块对不同工序加工单元的判断为顺序循环选择。即先判断第一工序，然后第二工序，直至最后一道工序，进行循环。

步骤三：控制模块判断工序状态，根据工序状态控制机械手动作：

a.控制模块判断工序状态

设置零位状态：原料进料位有料，机械手处于初始位置(例如地轨靠近原料进料位端；若地轨为往复行程式，为优化线路，初始位置可设置在地轨中部)，所有加工单元空，加工判断为OFF，所有备料位空，成品出料位空；

控制模块判断上料：地轨上机械手处于首道工序区域内，首道工序加工单元空，加工判断为OFF——无料，需要进行上料动作；

控制模块判断出料：地轨上机械手处于末道工序区域内，末道工序加工单元有料，加工判断为OFF——加工完成，需要进行换料动作。

控制模块判断换料：地轨上机械手处于任一工序区域内，所在工序加工单元有料，加工判断为OFF——加工完成，需要进行换料动作；

产线启动时，第一次换料动作为上料动作；

产线关闭时，最后一次换料动作为出料动作。

b.控制模块根据工序状态控制机械手动作

上料动作：控制模块进行无料判断——确定上料加工单元——地轨移动机械手至原料进料位——机械手取料——地轨移动机械手至上料加工单元——机械手上料(结束)；

出料动作：控制模块进行加工判断——确定换料加工单元——地轨移动机械手至换料加工单元——机械手取料——地轨移动机械手至出料位——机械手放料(结束)；

换料动作：控制模块进行加工判断——确定换料加工单元——地轨移动机械手至换料加工单元——机械手取料——地轨移动机械手至出料位——机械手放料——控制模块进行取料位判断——地轨移动机械手至上述取料位——机械手取料——地轨移动机械手至换料加工单元——机械手上料(结束)；

本发明还提供了一种多工序自动生产线，包括控制模块，地轨，机械手，若干加工单元，原料进料位，若干备料位和成品出料位。

所述机械手可在地轨上移动并搬运工件。

优选的，所述地轨采用伺服电机驱动机械手移动，所述伺服电机控制器具有记录点位的功能，根据产线设计，预先录入点位对应的设备；所述控制模块通过机械手所处点位确定机械手所在区域对应的组件(加工单元、料位等)，从而选择对应程序。

所述加工单元为控制面板信号为电信号的加工设备，分布在地轨运动方向两侧所述机械手可触及的位置，各加工单元上设有防护门、卡盘、卡盘座夹和卡盘座夹状态感应器、定位压盘和定位压盘状态感应器，以及加工状态感应器，所述防护门由控制模块信号或加装气缸控制开闭；所述卡盘用于存放工件；所述卡盘座夹状态感应器发送信号至控制模块，由控制模块控制卡盘座夹打开/锁紧，所述定位压盘状态感应器发送信号至控制模块，由控制模块控制定位压盘从卡盘座夹对向压紧工件；所述加工状态感应器可将加工单元加工状态信号反馈至控制模块；所述卡盘座夹状态感应器、定位压盘状态感应器和加工状态感应器与控制模块连接，各感应器输出的均为电路开闭信号。

优选的，所述加工单元为CNC数控机床，所述控制面板通常是按钮面板(区别于触摸屏控制面板)。

所述原料进料位设置在地轨靠近首道工序加工单元的一端，所述成品出料位设置在地轨靠近末道工序加工单元的一端，所述备料位设置在不同工序的加工单元之间，所述备料位用于存放工件。

所述控制模块与所述生产线上各模块相连接，以接收各模块信号，控制模块根据机械手在地轨上所处点位以及各感应器反馈的信号，选择相应程序，控制机械手动作或向其它相应设备发送指令。

优选的，所述控制模块采用PLC编程。

产线启动时，机械手换料动作为：机械手夹紧工件——卡盘松开工件——机械手取出工件/机械手放置工件——卡盘锁紧工件——机械手松开工件；

所述定位压盘在设备加工程序启动后，从卡盘座夹对向压紧工件，起固定作用；

所述定位压盘运动路径与机械手换料动作路径有重叠区域，需要进行障碍判定；定位压盘处于原点(不压紧工件，离卡盘最远的点)时，离开重叠区域，不会影响机械手动作；

所述加工状态感应器和定位压盘状态感应器信号均为红绿指示灯，只需要读取信号，不需要进行控制；

所述生产线零位状态：原料进料位有料；机械手处于初始位置(例如地轨中部)；各加工单元加工判断为OFF、防护门打开、卡盘座夹松开、定位压盘归位；备料位空；成品出料位空；

所述生产线判断上料：地轨上机械手处于第一工序区域内、防护门打开、卡盘座夹松开、定位压盘归位、各加工单元加工判断为OFF——无料，需要进行上料动作；

上料动作：地轨移动机械手至进料位——机械手取料——地轨移动机械手至第一工序加工单元——机械手上料；

所述生产线判断换料：地轨上机械手处于任一工序区域内，加工单元有料，加工判断为OFF——加工完成，需要进行换料动作；

换料动作：控制模块进行加工判断——确定换料加工单元——地轨移动机械手至换料加工单元——机械手取料——地轨移动机械手至出料位——机械手放料——控制模块进行取料位判断——地轨移动机械手至上述取料位——机械手取料——地轨移动机械手至换料加工单元——机械手上料；

所述生产线判断出料：地轨上机械手处于末道工序区域内，防护门关闭、卡盘座夹加紧、定位压盘归位、加工单元加工判断为OFF；

出料动作：控制模块进行加工判断——确定换料加工单元——地轨移动机械手至换料加工单元——机械手取料——地轨移动机械手至出料位——机械手放料；

本发明多工序自动生产控制方法及多工序自动生产线的有益效果在于，实现了无人车间的自动化生产，同时具有以下优势：

①兼容性：常见品牌设备均可以采用这种方法进行组线。不需要厂家额外开放端口或共享代码；

②经济性：良好的兼容性保证了设备选择的丰富性，性价比更有优势。现有设备稍加改造就能加入组线，避免大规模更换设备。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，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。

图1为本发明多工序自动生产控制方法运行示意图；

图2为本发明多工序自动生产线正面示意图；

图3为本发明多工序自动生产线侧面示意图；

其中，1、地轨；2、机械手；3、控制模块；4、进料位；5、出料位；6、备料位；11、第一工序加工单元1号；12、第一工序加工单元2号；15、防护门；21、第二工序加工单元1号；22、第二工序加工单元2号；23、第二工序加工单元3号。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。

如图1所示，以两道加工工序生产线(第一工序所需加工时间为2分钟，第一工序所需加工时间为3分钟)为例进行详细说明，一种多工序自动生产控制方法，包括以下步骤：

步骤一、改造与布置设备线路：

将第一工序加工单元1号11,第一工序加工单元2号12，第二工序加工单元1号21，第二工序加工单元2号22，第二工序加工单元3号23按序分布在地轨1运动方向的两侧，不同工序的第一工序加工单元1号11和第二工序加工单元1号21之间设置备料位6；地轨1靠近第一工序加工单元1号11的一端设置原料进料位4，地轨1靠近第二工序加工单元2号22的一端设置成品出料位5。

需要说明的是，加工单元优选对称设置，而在图1中，设置为不对称是为了清楚展示各加工单元与控制模块之间的连接关系。

地轨1采用伺服电机驱动机械手2移动，所述伺服电机控制器具有记录点位的功能，根据产线设计，预先录入点位对应的设备。

各加工单元、备料位、机械手、地轨和进/出料位与控制模块3相连接，控制模块3通过机械手2所处点位确定机械手2所在区域对应的组件(加工单元、料位等)，从而选择对应程序，所述控制模块3采用PLC编程。

步骤二、设置控制模块判断顺序：

同一工序不同加工单元的选择为顺序不循环选择，即判断完第一工序加工单元1号11，(需要时)完成动作后，进行第一工序加工单元2号12判断，判断完所有第一工序加工单元后，切换判断第二工序；

不同工序的选择为顺序循环选择，即先判断第一工序，然后第二工序，进行循环。

例：如果在第一工序加工单元2号12进行换料时，第一工序加工单元1号11完成加工符合换料判断所有条件，机械手2在完成第一工序加工单元2号12动作后会切换至下一工序，即判断第二工序加工单元1号21及后面的机器，第一工序加工单元1号11需要等待工序循环。

步骤三、控制模块判断工序状态，根据工序状态控制机械手动作：

设置零位状态：原料进料位4有料，备料位6空，成品出料位5空，机械手2处于地轨中部，所有加工单元空，加工判断为OFF；

控制模块3判断上料(无料，需要进行上料动作)：地轨上机械手2处于第一工序区域内，第一工序加工单元1号11、第一工序加工单元2号12无料，加工判断为OFF；

控制模块3控制机械手上料：地轨1移动机械手2至原料进料位4——机械手2取料——地轨1移动机械手2至第一工序加工单元1号11、第一工序加工单元2号12——机械手2上料；

控制模块3判断出料(加工完成，需要进行出料动作)：地轨上机械手处于第二工序区域内，第二工序加工单元1号21、第二工序加工单元2号22、第二工序加工单元3号23有料，加工判断OFF；

控制模块3控制机械手出料：地轨1移动机械手2至第二工序加工单元1号21、第二工序加工单元2号22、第二工序加工单元3号23——机械手2取料——地轨1移动机械手2至成品出料位5——机械手2出料；

控制模块3判断换料(第一工序加工完成，需要进行换料动作)：第一工序加工单元1号11、第一工序加工单元2号12有料，加工判断为OFF；

控制模块3控制机械手换料(第一工序)：地轨1移动机械手2至第一工序加工单元1号11、第一工序加工单元2号12——机械手2取料——地轨1移动机械手2至备料位6——机械手2放料至备料位6——地轨1移动机械手2至原料进料位4——机械手2取料——地轨1移动机械手2至第一工序加工单元1号11、第一工序加工单元2号12——机械手2上料；(产线启动时，第一次换料动作为上料动作)

控制模块3判断换料(第二工序加工完成，需要进行换料动作)：第二工序加工单元1号21、第二工序加工单元2号22、第二工序加工单元3号23有料，加工判断为OFF；

控制模块3控制机械手换料(第二工序)：地轨1移动机械手2至第二工序加工单元1号21、第二工序加工单元2号22、第二工序加工单元3号23——机械手2取料——地轨1移动机械手2至成品出料位5——机械手2放料至成品出料位5——地轨1移动机械手2至备料位6——机械手2取料——地轨1移动机械手2至第二工序加工单元1号21、第二工序加工单元2号22、第二工序加工单元3号23——机械手2上料；(产线关闭时，最后一次换料动作为出料动作)

如图2所示，本发明还提供了一种多工序自动生产线(以两道工序为例，第一工序所需加工时间与第二工序之比为1：2，因此第一工序设置一台加工单元，第二工序设置两台加工单元)，包括地轨1、机械手2、控制模块3、第一工序加工单元1号11，第二工序加工单元1号21、第二工序加工单元2号22、原料进料位4、备料位6(图2中未示出)和成品出料位5；

控制模块3与所述生产线上各模块相连接，以接收各分路信号，并向相应设备发送指令；

所述第一工序加工单元1号11、第二工序加工单元1号21、第二工序加工单元2号22分布在地轨1运动方向其中一侧所述机械手2可触及的位置，所述地轨1采用伺服电机驱动机械手2移动，所述伺服电机控制器具有记录点位的功能，根据产线设计，预先录入点位对应的设备；控制模块3通过机械手2所处点位确定机械手2所在区域对应的组件(加工单元、料位等)，从而选择对应程序，所述控制模块3采用PLC编程。

所述第一工序加工单元1号11、第二工序加工单元1号21、第二工序加工单元2号22为CNC数控机床(控制面板信号为电信号)，第一工序加工单元1号11、第二工序加工单元1号21、第二工序加工单元2号22上设有防护门15、卡盘、卡盘座夹和定位压盘(图中未示出)，对应设有卡盘座夹状态感应器和定位压盘状态感应器(图中未示出)，各加工单元上还设有加工状态感应器(图中未示出)，所述卡盘座夹状态感应器、定位压盘状态感应器和加工状态感应器信号分路至控制模块，上述感应器输出的均为电路开闭信号；

所述卡盘座夹在所述各加工单元的CNC操作面板上有对应的控制按钮，用于控制卡盘座夹打开/锁紧，本生产线中，控制模块取代操作面板按钮，通过程序向感应器发送信号，实现机械手换料动作；

机械手2换料动作为：机械手2夹紧工件——卡盘松开工件——机械手2取出工件/机械手2放置工件——卡盘锁紧工件——机械手2松开工件；

所述定位压盘运动路径与机械手换料动作路径有重叠区域，需要进行障碍判定；定位压盘处于原点(不压紧工件，离卡盘最远的点)时，离开重叠区域，不会影响机械手2动作；

所述生产线零位状态：原料进料位4有料；机械手2处于地轨中部；第一工序加工单元1号11、第二工序加工单元1号21、第二工序加工单元2号22加工判断为OFF、防护门15打开、卡盘座夹松开、定位压盘归位；备料位6空；成品出料位5空；

所述生产线判断上料：地轨1上机械手2处于第一工序区域内、防护门15打开、卡盘座夹松开、定位压盘归位、第一工序加工单元1号11、第二工序加工单元1号21、第二工序加工单元2号22加工判断为OFF——无料，需要进行上料动作；

上料动作：地轨1移动机械手2至进料位4——机械手2取料——地轨1移动机械手2至第一工序加工单元1号11——机械手2上料；

所述生产线判断换料(第一工序加工完成后的换料)：地轨1上机械手2处于第一工序区域内，防护门15关闭、卡盘座夹加紧、定位压盘归位、第一工序加工单元1号11加工判断为OFF；

第一工序换料动作：地轨1移动机械手2至第一工序加工单元1号11——机械手2取料——地轨1移动机械手2至备料位6——机械手2放料至备料位6——地轨1移动机械手2至原料进料位4——机械手2取料——地轨1移动机械手2至第一工序加工单元1号11——机械手2上料；(产线启动时，第一次换料动作为上料动作)

所述生产线判断换料(第二工序加工完成后的换料)：地轨1上机械手2处于第二工序区域内，防护门15关闭、卡盘座夹加紧、定位压盘归位、第二工序加工单元1号21、第二工序加工单元2号22加工判断为OFF；

第二工序换料动作：地轨1移动机械手2至第二工序加工单元1号21、第二工序加工单元2号22——机械手2取料——地轨1移动机械手2至成品出料位5——机械手2放料至成品出料位5——地轨1移动机械手2至备料位6——机械手2取料——地轨1移动机械手2至第二工序加工单元1号21、第二工序加工单元2号22——机械手2上料；(产线关闭时，最后一次换料动作为出料动作)

所述生产线判断出料(第二工序加工完成)：地轨上机械手处于第二工序区域内、防护门15关闭、卡盘座夹加紧、定位压盘归位、加工判断OFF；

出料动作：地轨1移动机械手2至第二工序加工单元1号21、第二工序加工单元2号22——机械手2取料——地轨1移动机械手2至出料位5——机械手2放料。

Claims

1.一种多工序自动生产控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、改造与布置设备和线路：

将若干加工单元按序分布在地轨运动方向的两侧，地轨上设置机械手，机械手可在地轨上移动并搬运工件，地轨靠近首道工序加工单元的一端设置原料进料位，地轨靠近末道工序加工单元的一端设置成品出料位，不同工序的加工单元之间设置备料位；

各加工单元、地轨、机械手、进/出料位和备料位与控制模块相连接，控制模块通过机械手所处点位确定机械手所在区域对应的组件，从而选择对应程序；

步骤二：设置控制模块判断顺序：

控制模块对同一工序不同加工单元的判断为顺序不循环选择，对不同工序加工单元的判断为顺序循环选择；

a.控制模块判断工序状态

需上料：机械手处于首道工序区域内，加工单元空，加工判断为OFF；

需出料：机械手处于末道工序区域内，加工单元有料，加工判断为OFF；

需换料：机械手处于任一工序区域内，加工单元有料，加工判断为OFF；

b.控制模块根据工序状态控制机械手动作

上料：控制模块进行无料判断——确定上料加工单元——地轨移动机械手至原料进料位——机械手取料——地轨移动机械手至上料加工单元——机械手上料；

出料：控制模块进行加工判断——确定换料加工单元——地轨移动机械手至换料加工单元——机械手取料——地轨移动机械手至出料位——机械手放料；

换料：控制模块进行加工判断——确定换料加工单元——地轨移动机械手至换料加工单元——机械手取料——地轨移动机械手至出料位——机械手放料——控制模块进行取料位判断——地轨移动机械手至上述取料位——机械手取料——地轨移动机械手至换料加工单元——机械手上料。

2.根据权利要求1所述的多工序自动生产控制方法，其特征在于，所述步骤一中加工单元为控制面板信号为电信号的加工设备。

3.根据权利要求1所述的多工序自动生产控制方法，其特征在于，所述步骤一中地轨采用伺服电机驱动机械手移动。

4.根据权利要求1所述的多工序自动生产控制方法，其特征在于，所述步骤一中控制模块采用PLC编程。

5.一种使用权利要求1所述多工序自动生产控制方法的多工序自动生产线，包括控制模块，地轨，机械手，若干加工单元，原料进料位，若干备料位和成品出料位，其特征在于：所述机械手可在地轨上移动并搬运工件；

所述加工单元为控制面板信号为电信号的加工设备，分布在地轨运动方向两侧，各加工单元上设有防护门、卡盘、卡盘座夹和卡盘座夹状态感应器、定位压盘和定位压盘状态感应器，以及加工状态感应器，所述卡盘用于存放工件；

所述卡盘座夹状态感应器发送信号至控制模块，由控制模块控制卡盘座夹打开/锁紧，所述定位压盘状态感应器发送信号至控制模块，由控制模块控制定位压盘从卡盘座夹对向压紧工件；所述加工状态感应器可将加工单元加工状态信号反馈至控制模块；

所述原料进料位设置在地轨靠近首道工序加工单元的一端，所述成品出料位设置在地轨靠近末道工序加工单元的一端，所述备料位设置在不同工序的加工单元之间，所述备料位用于存放工件；

所述控制模块根据机械手在地轨上所处点位以及各感应器反馈的信号，选择相应程序，向相应设备发送指令。

6.根据权利要求5所述的多工序自动生产线，其特征在于：所述加工单元为控制面板信号为电信号的加工设备。

7.根据权利要求5所述的多工序自动生产线，其特征在于：所述地轨采用伺服电机驱动机械手移动。

8.根据权利要求5所述的多工序自动生产线，其特征在于：所述控制模块采用PLC编程。