CN114770133A - 一种板块零件柔性自动化制造系统 - Google Patents

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贺雷
岑学发
杜秦渝
何彬
冉皓月
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Abstract

本发明属于自动化制造技术领域，具体公开了一种板块零件柔性自动化制造系统，包括：中央数据库，自动化管理软件模块；现场生产线，包括机械手、工件存储区、数控加工装置、单元管控系统；还包括检测模块。该系统身产效率高，系统具有很强的扩展性和兼容性，使得板块零件的自动生产不再依赖人工设置，且设计、生产和检测在同一体系下完成。

Description

一种板块零件柔性自动化制造系统
技术领域
本发明涉及自动化制造技术领域，具体涉及一种板块零件柔性自动化制造系统。
背景技术
目前，自动化生产是国内外普遍采用的一种加工模式，但现有自动加工生产加工流程严重依赖人工设置，各个设备之间的无法交流信息以及相互协调工作，设计、生产、检测无法在同一体系下完成，流程割裂，造成工作任务比较死板，不能据零件加工的状态和机床的使用情况自动化生成和实时调整加工流程，导致机床的加工时间严重受限，利用率较低；生产线的加工方法靠人工提供方案，不能根据零件自身特性自动提供加工工艺。另外，生产线中各个设备相互连接，也无法让单个设备离线工作，自动加工系统扩展性和兼容性较差，扩大生产线时，需要采购特定接口的机床。
发明内容
本发明意在提供一种板块零件柔性自动化制造系统，以解决现有技术中的自动化制造系统依赖人工设置，设计、生产、检测无法在同一体系下完成的技术问题。
本发明中的板块零件柔性自动化制造系统，包括：
中央数据库，用于存储板块零件结构数据；
自动化管理软件模块，用于读取中央数据库中的零件结构数据，并生成相应的加工任务信息；
现场生产线，包括机械手、工件存储区、数控加工装置、单元管控系统、ID快速扫描识别系统以及具有识别芯片的托盘；
所述托盘用于承载工件；
所述工件存储区用于暂时存储工件；
所述ID快速扫描识别系统用于识别所述识别芯片，并提供给单元管控系统；
所述单元管控系统用于供使用者将识别到的所述识别芯片与待加工工件的类型进行绑定，
以及根据待加工工件的类型从中央数据库读取相应的加工任务信息，并根据该加工任务信息以及当前现场生产线内的数控加工装置的占用情况安排该工件进入数控加工装置加工或进入工件存储区等待，直至有空闲的数控加工装置；
所述数控加工装置依照单元管控系统的安排从中央数据库读取送入的待加工工件的加工任务信息，并实施加工任务信息中由该数控加工装置所负责的加工，并上传自身的占用情况和加工过程数据；
所述机械手用于依照单元管控系统的指令转移装有工件的托盘；
检测模块，用于对加工后的工件的结构数据进行检测。
进一步的，所述加工任务信息包括零件的工程图、应用程序编号、刀具号以及加工连接流程。
进一步的，所述检测模块及自动化管理软件模块根据加工后的工件的结构数据与相应的板块零件结构数据的对比形成偏移量信息；
自动化管理软件模块根据偏移量信息对相应的加工任务信息进行修正。
进一步的，所述识别芯片为RFID识别芯片，所述ID快速扫描识别系统为基于RFID的快速扫描识别系统。
进一步的，还包括清洗机，用于对加工后的工件进行清洗。
进一步的，所述数控加工装置包括数控机床、立式加工中心或卧式加工中心中的一种或多种。
进一步的，所述机械手为六轴机械手。
进一步的，所述机械手安装于运行滑轨上。
进一步的，所述运行轨道两端安装有液压减震器装置。
进一步的，所检测模块为数控加工装置内设的在集检测模块和/或三坐标在线测量机。
本发明可提高机床的利用率，夜晚与节假日无人情况下同样可对进入了工件存储区的工件依照加工任务信息进行自动生产，大大提高了开机率；自动化柔性生产系统在数控加工装置与工件存储区之间加入具有六轴自由度的机械手和运行滑轨，ID快速扫描识别系统及托盘上的识别芯片的配合使得的机械手可方便的查找和去放待加工的工件，极大的提高存放效率；由系统自动判断机床的使用情况，灵活调配零件的加工工位，即使零件在一台设备加工未完，也可将未加工完成的零件转移到其他机床进行加工，极大的提高生产效率；柔性自动化生产方式加入了检测模块，实时监测每一道工序中的零件精度，并提供偏移量数据给下一次的加工，确保每一个零件都是合格品，降低生产成本；自动化柔性生产系统具有很强的扩展性和兼容性，可兼容目前市场上主要品牌的所有机床，使得板块零件的自动生产不再依赖人工设置，且设计、生产和检测在同一体系下完成。
附图说明
图1为本发明实施例中的板块零件柔性自动化制造系统得功能模块连接示意图。
图2为本发明实施例中的现场生产线的布局示意图。
图3为本发明实施例中工件在现场生产线内的加工工艺流程图。
说明书附图1中的附图标记包括，1第一组立式加工中心、2第一六轴重型机械手、3第一工件储存区、4第二组立式加工中心、5第二工件储存区、6第二六轴重型机械手、8第三六轴重型机械手、9卧式加工中心、10第一工件储存区、7第一单元管控系统、18第三组立式加工中心、11清洗机、12第二单元管控系统、13计算机辅助制造系统、14中央数据库、15自动化管理软件、16三坐标在线测量机、17第三单元管控系统。
说明书附图2中的附图标记包括，1围栏、2六轴机械手、3加工中心、4输送装置、5预装工作台、6单元管控系统、7工件储存区。
具体实施方式
本实施例中，公开了一种板块零件柔性自动化制造系统，其各功能模块及连接关系基本如图1所示，包括中央数据库、自动化管理软件模块、三坐标在线测量机及多个现场生产线和清洗机；
每一现场生产线又包括了工件存储区、六轴机械手、加工中心和单元管控系统。
如图1中所示，本实施例中的示例性系统共包含了三组现场生产线，第一组现场生产线包括了第一工件存储区、第一六轴机械手、第一组立式加工中心和第一单元管控系统；第二组现场生产线包括了第二工件存储区、第二六轴机械手、第二组立式加工中心和第二单元管控系统；第三组现场生产线包括了第三工件存储区、第三六轴机械手、第三组立式加工中心和第三单元管控系统；另外，系统内还设有独立的卧式加工中心，在另外一些实施例中，卧式加工中心也可配套独立的六轴机械手和工件存储区。
技术人员通过计算机辅助制造系统(CAM)绘制完整的零件结构，生成完整清晰的工程图，并将工程图上传至系统核心的中央数据库。中央数据库联系所有的用户、机床/加工中心和自动化设备。通过软件将所有机床/加工中心联系在一起，形成一个智能数字化系统，控制所有零件传输、自动定位和装夹的过程，并将所有加工数据提供给各机器。
自动化管理软件模块读取中央数据库中的零件结构数据，生成加工任务信息。自动化管理软件可自动生成排产计划、应用程序编号、刀具号等信息，并根据当前生产线各系统占用情况，指定加工设备和连接加工程序，导入通过三坐标在线测量机(CMM)或加工中心提供的偏移量，输出加工任务，智能生成柔性自动化制造系统内使用的最优加工流程。若系统生成加工流程有缺陷，工作人员也可通过此软件系统对加工流程进行调整。
如图中所示，为确保设备运行效率，每一现场生产线设有工件存储区，工件存储区是整体框架结构，直接安装在地面，可选的，还可以加装自带旋转轴；现场生产线配有ID快速扫描识别系统，通过读取/扫入装置识别每一个工件/托盘，系统便可自动连接与之对应的加工程序，加工数据，测量偏移量，加工图纸等等信息，并进行信息的交流。工件存储区上放置的零件存放与拿取信息，全部录入中央数据库，可实时检索。工件存储区和加工中心之间通过六轴机械手进行交互。六轴机械手配备有信号数据传输单元，可接收自动化管理软件下发的工件信息及任务信息。六轴机械手的六个轴的转动可单独进行控制，自动计算运动轨迹，拿取不同重量的货品进行速度控制。当自动化管理软件下发加工任务后，六轴机械手可根据接收的工件位置信息，在导轨上灵活往复移动，扫描工件存储区上的工件，判断工件信息正确后，使用机械手拿取/放置工件。
系统内的机床/加工中心工作台基准全部统一，在机床/加工中心内设有高精度托盘定位系统以及组合夹具，可以让机床在工作中获得最佳的切割数据，而不会以牺牲精准性及产品质量为代价。定位完成并在组合夹具上安装完毕后，加工中心便开始进行工件加工流程。组合夹具重复夹装精度极高，避免重复夹装造成精度降低的现象。当托盘从预装工作站传递到系统中，生产路线就已经被定义。系统会自动控制这个托盘按生产步骤传递，当托盘到达机床/加工中心时，相应的加工程序也传到了机床/加工中心里。当生产路线中的下一个步骤的设备还没有准备就绪时(例如还有另一个工件在机床/加工中心里)，此托盘就会先被放到工件存储区上，等待下一步骤的设备准备就绪。如果有很多托盘都在等待同一台机床，系统将按照先进先出的原则处理。
加工中心使用的是卧式加工中心和立式加工中心，两种加工中心的安全门均是定制而成，可根据工件的进出自动开闭，并可实现自动找正、自动对刀、加工程序的自动传送、自动调用、自动启动加工和自动反馈加工完成信息。在工件被加工过程中，加工中心将工件的加工信息实时上传至中央数据库，实时监控工件的加工误差，避免工件加工出错后继续加工下一个工件，造成材料的浪费。
加工中心运转信息以及工件加工信息也会实时传送到单元管控系统中，并接受单元管控系统的工作任务调配，如图1所示，每套现场生产线均对应有各自的单元管控系统，负责该现场生产线中的所有加工设备。
单元管控系统可支持多台设备，共享待加工工作，柔性化管理加工任务，随时增加/停止工作，更换未加工完成的公共加工工位和加工优先顺序，自动优化安排加工流程，实现多品种灵活排产。系统中的机床/加工中心可以脱离柔性自动化系统的管理，停机不停线，避免因机床/加工中心的维修、损坏、减产，而使整个系统不能运行的情况。单元管控系统图形化人机互动界面十分友好,系统监控可显示柔性自动化制造过程中的机器人工作状态，工件在库状态信息，机床/加工中心状态信息，加工任务信息，数控程序信息，操作人员信息等，方便实时查询生产信息。
在工件加工完成后，经过在线测量系统检测合格后，便可送入清洗机进行清洗，整个加工流程完成。值得注意的是，在一些实施例中，加工中心内集成有在机检测系统，同样可以完成检测的工作，并通过对比工件的实际检测数据与设计数据获得偏移量信息。
图2中给出本系统现场生产线部分的示例性的布局示意图，基于该布局，以板块零件为例，其在现场生产线内更为具体工艺流程如图3所示，具体步骤如下：
(1)装料：操作人员在围栏外侧的预装工作站处，将工件用夹具固定到托盘上，调整好工件位置后放于输送装置上；
(2)存储：RFID读写头读入托盘上芯片内容，传入单元管控系统，操作人员在单元管控系统的操作终端上查看托盘信息，并人工输入和确认托盘上待加工件的类型；然后“工件+托盘”组合体通过输送装置送入围栏内侧；
(3)存储/加工：单元管控系统根据单元现场生产线内加工中心的工作状态进行动态调整，若机床均在加工，则将“工件+托盘”组合体送入工件存储区；若单台机床空闲，则扫描托盘信息后，机器人将“工件+托盘”组合体送至各台加工中心进行工件加工，若二台或三台机床空闲，则管控系统按已定义规则进行加工；
(4)检测：加工过程中及加工完成后，由在机检测系统对工件关键尺寸进行在机检测，检测完的数据记录上传至系统数据库；
(5)成品判定：若产品合格，则记录上传相关数据后，放入工件存储区或送出围栏，由人工拆下；若产品不合格，记录相关数据，并上传至系统，系统对下次加工进行相应调整，产品放于工件存储区待处理。
值得注意的是，
本实施例中，六轴机械手安装在运行轨道上，运行轨道两端安装有液压减震器装置，防止碰撞产生安全事故。
本实施例中，首批工件加工完成后，还抽样或全部送入三坐标在线测量机进行测量，并获取偏移量信息，用于对后续加工任务信息的修正，所以第一个批次的工件可视为一次试生产。
本实施例中的系统环境适应能力强，防水防震、可承受高温，系统需具备很强的灵活性扩展性和兼容性，可以根据实际需要延长导轨增加更多的机器在同一现场生产线中，或灵活更换现有的机器为其他机器。
本实施例实现了板块零件等关键零部件从生产上料(半成品)到完成该工序段加工后的下料等全过程的自动化和智能化，提升了生产线的执行效率和加工精度。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种板块零件柔性自动化制造系统，其特征在于，包括：
中央数据库，用于存储板块零件结构数据；
自动化管理软件模块，用于读取中央数据库中的零件结构数据，并生成相应的加工任务信息；
现场生产线，包括机械手、工件存储区、数控加工装置、单元管控系统、ID快速扫描识别系统以及具有识别芯片的托盘；
所述托盘用于承载工件；
所述工件存储区用于暂时存储工件；
所述ID快速扫描识别系统用于识别所述识别芯片，并提供给单元管控系统；
所述单元管控系统用于供使用者将识别到的所述识别芯片与待加工工件的类型进行绑定，
以及根据待加工工件的类型从中央数据库读取相应的加工任务信息，并根据该加工任务信息以及当前现场生产线内的数控加工装置的占用情况安排该工件进入数控加工装置加工或进入工件存储区等待，直至有空闲的数控加工装置；
所述数控加工装置依照单元管控系统的安排从中央数据库读取送入的待加工工件的加工任务信息，并实施加工任务信息中由该数控加工装置所负责的加工，并上传自身的占用情况和加工过程数据；
所述机械手用于依照单元管控系统的指令转移装有工件的托盘；
检测模块，用于对加工后的工件的结构数据进行检测。
2.根据权利要求1所述的板块零件柔性自动化制造系统，其特征在于，所述加工任务信息包括零件的工程图、应用程序编号、刀具号以及加工连接流程。
3.根据权利要求1所述的板块零件柔性自动化制造系统，其特征在于，所述检测模块及自动化管理软件模块根据加工后的工件的结构数据与相应的板块零件结构数据的对比形成偏移量信息；
自动化管理软件模块根据偏移量信息对相应的加工任务信息进行修正。
4.根据权利要求1所述的板块零件柔性自动化制造系统，其特征在于，所述识别芯片为RFID识别芯片，所述ID快速扫描识别系统为基于RFID的快速扫描识别系统。
5.根据权利要求1所述的板块零件柔性自动化制造系统，其特征在于，还包括清洗机，用于对加工后的工件进行清洗。
6.根据权利要求1所述的板块零件柔性自动化制造系统，其特征在于，所述数控加工装置包括数控机床、立式加工中心或卧式加工中心中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的板块零件柔性自动化制造系统，其特征在于，所述机械手为六轴机械手。
8.根据权利要求1所述的板块零件柔性自动化制造系统，其特征在于，所述机械手安装于运行滑轨上。
9.根据权利要求8所述的板块零件柔性自动化制造系统，其特征在于，所述运行轨道两端安装有液压减震器装置。
10.根据权利要求1所述的板块零件柔性自动化制造系统，其特征在于，所检测模块为数控加工装置内设的在集检测模块和/或三坐标在线测量机。
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