CN115156925A - 一种小型柔性精密加工生产线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型柔性精密加工生产线，包括卧式加工中心、中央刀库系统和物料缓存系统，卧式加工中心和中央刀库系统靠近物料缓存系统设置，卧式加工中心用于小型结构件的加工，中央刀库系统用于储存卧式加工中心所用刀具，物料缓存系统用于储存小型结构件。本发明的优点在于，能够实现卧式加工中心的自动上下料及自动更换刀具，不需要手工对刀，系统自动找补，保证了加工质量及加工产品一致性，还缩短了工件生产周期。
Description
技术领域
本发明涉及精密加工技术领域，具体涉及到一种小型柔性精密加工生产线。
背景技术
雷达电子装备具有多品种、小批量的特点，其结构件尺寸覆盖范围大、结构复杂，一般结构件尺寸长宽高在500mm*400mm*100mm以下的雷达电子装备结构件为雷达电子装备小型结构件，其毛坯纯重量不超过60KG；而结构件尺寸长宽高在500mm*400mm*100mm以上且900mm*500mm以下的雷达电子装备结构件为雷达电子装备中型结构件，其毛坯纯重量在60KG-150KH左右。
目前，制造领域精密加工车间零件加工以人工或半自动化为主，例如公开号为CN107571119A公开了一种智能精密加工中心铝件生产线集成系统，用于提升工件加工效率，减小企业生产成本。针对雷达电子装备小型结构件的精密加工也主要采用的是人工和半自动化配合作业，但是通过人工上下料及刀具，手工操作单台数控机床完成，工艺方法落后，劳动强度大，机床主轴利用率在40％-50％，加工生产效率不高，加工过程状态没法监控及加工质量一致性不易保证等，严重影响了工件产品的质量和生产周期。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于如何提高工件加工质量以及缩短工件生产周期。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种小型柔性精密加工生产线，包括卧式加工中心、中央刀库系统和物料缓存系统，所述卧式加工中心和中央刀库系统靠近物料缓存系统设置，所述卧式加工中心用于小型结构件的加工，所述中央刀库系统用于储存卧式加工中心所用刀具，所述物料缓存系统用于储存小型结构件；
所述物料缓存系统包括物料搬运结构，所述物料搬运结构包括物料搬运支架、物料水平移动结构、物料竖向运动结构、物料旋转运动结构和物料夹取组件，所述物料搬运支架通过物料水平移动结构能够水平移动的设置在物料缓存支架上，所述物料搬运支架上还设有物料竖向运动结构，所述物料竖向运动结构的输出端连接物料旋转运动结构，所述物料旋转运动结构的输出端连接用于夹取物料的物料夹取组件；驱动物料水平移动结构、物料竖向运动结构、物料旋转运动结构致使物料夹取组件向物料缓存库或物料平移工作站。
通过小型柔性精密加工生产线的设置，能够实现线卧式加工中心的自动上下料及自动更换刀具，具有同一产品多工序流水线加工、不同产品单机独立运行并行加工，多种产品多工序机床组合混流生产等多种加工模式，灵活度高，满足雷达电子装备小型结构件多品种变批量的生产要求，还能控制刀具及物料的自动切换，同时，不需要手工对刀，系统自动找补，保证了加工质量及加工产品一致性，还缩短了工件生产周期。
优选地，所述卧式加工中心包括加工中心运动系统、吸盘、加工主轴、线上刀库系统、线上物料系统和防护壳；所述加工中心运动系统包括基座、X轴运动结构、Y轴运动结构、Z轴运动结构、A轴运动结构、B轴运动结构、C轴运动结构；
所述基座上设置有能够沿X轴方向运动的X轴运动结构和能够沿Z轴方向运动的Z轴运动结构，所述X轴运动结构上设置有能够沿Y轴方向运动的Y轴运动结构，所述Y轴运动结构上设置有能够水平转动的A轴运动结构，所述A轴运动结构上设置有能够竖向转动的B轴运动结构，所述B轴运动结构的转动端设置有吸盘，所述Z轴运动结构上设置有能够竖向转动的C轴运动结构，所述C轴运动结构的转动端设置加工主轴，所述Z轴运动结构顶部设置有用于更换刀具的线上刀库系统，所述线上物料系统设置在基座上，所述基座上还固定有防护壳。
优选地，所述线上刀库系统包括刀库水平运动结构、刀库旋转运动结构和刀盘库位结构，所述刀库水平运动结构能够水平移动的设置在Z轴运动结构顶部，所述刀库水平运动结构设置有刀库旋转运动结构，所述刀库旋转运动结构的旋转端连接所述刀盘库位结构，驱动所述刀库水平运动结构致使所述刀盘库位结构水平移动，驱动刀库旋转运动结构致使所述刀盘库位结构旋转运动。
优选地，所述刀库水平运动结构包括刀库水平移动气缸、刀库水平移动座和刀库滑动组件，所述刀库水平移动气缸和刀库滑动组件均固定在Z轴运动结构上，所述刀库水平移动座能够移动的设置在刀库滑动组件上，所述刀库水平移动座上连接所述刀库旋转运动结构和刀盘库位结构，所述刀库水平移动气缸的输出端连接所述刀库水平移动座，驱动所述刀库水平移动气缸带动所述刀库水平移动座水平移动。
优选地，所述刀库水平运动结构包括刀库平移伺服电机、刀库水平移动座、刀库滑动组件和丝杆螺母副，所述刀库平移伺服电机和刀库滑动组件均固定在Z轴运动结构上，所述刀库水平移动座能够移动的设置在刀库滑动组件上，所述刀库水平移动座上连接所述刀库旋转运动结构和刀盘库位结构，所述刀库平移伺服电机通过第二丝杆螺母副连接第二刀库水平移动座。
优选地，所述刀盘库位结构包括刀盘回转轴、刀盘和刀柄卡扣，所述刀盘回转轴一端固定在刀库水平运动结构上，另一端连接有能够转动的刀盘，所述刀盘连接所述刀库旋转运动结构的转动端，驱动刀库旋转运动结构致使所述刀盘在刀盘回转轴上转动，所述刀盘沿口设置有多个刀柄卡扣。
优选地，所述中央刀库系统包括刀具缓存库、刀具搬运结构、刀具工作站，所述刀具缓存库上设有刀具搬运结构，所述刀具工作站靠近刀具缓存库设置；
所述刀具搬运结构包括刀具水平移动结构、刀具竖向移动结构、刀具伸缩移动结构和刀具卡块，所述刀具水平移动结构能够移动的设置在刀具缓存库上，所述刀具水平移动结构的移动端连接所述刀具竖向移动结构，所述刀具竖向移动结构的输出端连接所述刀具伸缩移动结构，所述刀具伸缩移动结构的输出端连接有用于卡接刀具的第一刀具卡块；
所述刀具工作站包括竖向运动结构和第二刀具卡块，所述竖向运动结构的输出端连接第二刀具卡块，驱动所述竖向运动结构带动所述第二刀具卡块竖向运动，驱动刀具水平移动结构、刀具竖向移动结构以及刀具伸缩移动结构致使第一刀具卡块向第二刀具卡块靠近。
优选地，所述物料缓存系统还包括物料缓存库和物料平移工作站，所述物料平移工作站均靠近物料缓存库设置，所述物料搬运结构能够移动的设置在物料缓存库上。
优选地，所述物料缓存库包括物料缓存支架和托盘定位件，所述物料缓存支架上固定有多组托盘定位件，每组托盘定位件由两个平行的缓存杆组成，所述物料搬运结构设置在物料缓存支架上；所述物料平移工作站包括物料平移支架、物料推动气缸、物料操作台、平移滑动组件、物料检测气缸、物料检测支架、检测滑动组件和检测设备，所述物料平移支架上设置有两组平移滑动组件，每组平移滑动组件上设置有能够水平移动的物料操作台，所述物料推动气缸固定端固定在物料平移支架上，所述物料推动气缸的输出端连接所述物料操作台底部，驱动物料推动气缸带动所述物料操作台在平移滑动组件上平移；靠近每组平移滑动组件的物料平移支架上还设有检测滑动组件，所述有检测滑动组件设置有竖向移动的物料检测支架，所述物料检测支架顶部固定有检测设备，所述物料检测气缸的固定端固定在物料平移支架上，所述物料检测气缸的输出端连接所述物料检测支架，驱动物料检测气缸带动所述物料检测支架在检测滑动组件上竖向移。
优选地，所述物料旋转运动结构包括定连杆、左伺服电机、右伺服电机、左丝杆、右丝杆、三角连杆、第一连杆、第二连杆和动连杆，所述定连杆固定在物料竖向运动结构上，所述定连杆两端分别固定有左伺服电机和右伺服电机，所述左伺服电机输出端通过左丝杆螺纹连接三角连杆的一端，所述三角连杆的另外两端分别铰接定连杆和动连杆，所述右伺服电机输出端通过右丝杆螺纹连接第一连杆中部，所述第一连杆两端分别铰接定连杆和第二连杆，所述第二连杆远离第一连杆的一端铰接动连杆，所述动连杆连接物料夹取组件。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明能够实现线卧式加工中心的自动上下料及自动更换刀具，具有同一产品多工序流水线加工、不同产品单机独立运行并行加工，多种产品多工序机床组合混流生产等多种加工模式，灵活度高，满足雷达电子装备小型结构件多品种变批量的生产要求，还能控制刀具及物料的自动切换，同时，不需要手工对刀，系统自动找补，保证了加工质量及加工产品一致性，还缩短了工件生产周期。
2、通过卧式加工中心的设置，能够自动取料、自动将加工完成的物料放置在缓存位，全程无需人工参与，不占用加工中心的加工时间，大大提高了加工主轴的利用率，还实现了物料相对加工主轴进行0度和90度姿态变换，在不增加卧式加工中心的尺寸下可实现窄长零件的一次装夹五面加工。
3、通过物料缓存系统的设置，小型物料的搬运由自动搬运替代原有的人工搬运，实现了待加工物料与已加工物料的自动上下机床，减少了大量的劳动力，还能自动提前将待加工的物料放置在卧式加工中心上，减少了上下料过程机床的等待时间，大大提高了上下料效率高，提高机床的加工效率，进而缩短了工件生产周期。
附图说明
图1为本发明实施例的一种自动化精密加工车间的结构示意图；
图2为本发明实施例小型柔性精密加工生产线的结构示意图；
图3为本发明实施例卧式加工中心的结构示意图；
图4为本发明实施例卧式加工中心的局部结构示意图；
图5为本发明实施例A轴运动结构的结构示意图；
图6为本发明实施例线上刀库系统的结构示意图；
图7为本发明实施例线上刀库系统的俯视图；
图8为本发明实施例线上刀库系统的主视图；
图9为本发明实施例线上物料系统的结构示意图；
图10为本发明实施例物料上下料结构的结构示意图；
图11为本发明实施例中央刀库系统的结构示意图；
图12为本发明实施例刀具搬运结构的结构示意图；
图13为本发明实施例刀具工作站的结构示意图；
图14为本发明实施例物料缓存系统的结构示意图；
图15为本发明实施例物料缓存库的结构示意图；
图16为本发明实施例物料平移工作站的结构示意图；
图17为本发明实施例物料搬运结构的结构示意图；
图18为本发明实施例物料水平移动结构的俯视图；
图19为本发明实施例物料竖向运动结构的结构示意图；
图20为本发明实施例物料旋转运动结构的结构示意图；
图21为本发明实施例物料夹取组件的结构示意图。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，现结合说明书附图对本发明技术方案做进一步的说明。
参阅图1，本实施例公开了一种自动化精密加工车间，包括监控室1、理料区2、物流运输装备3、中型柔性精密加工生产线4、小型柔性精密加工生产线5、检测装备6、仓储装备7和车间管控系统。
所述理料区2用于结构件或道具的堆放毛坯、半成品及成品物料的处理。
所述物流运输装备3用于结构件加工过程中的运输，在本实施例中所述物流运输装备3为AGV叉车。
所述中型柔性精密加工生产线4用于中型结构件的加工生产。
所述小型柔性精密加工生产线5用于小型结构件的加工生产。
所述检测装备6用于检测加工后的中型和小型结构件。
所述仓储装备7用于存储检测后的中型和小型结构件毛坯、半成品、检测后的结构件、工装夹具及刀具等车间生产要素。
所述车间管控系统通信连接监控室1、物流运输装备3、中型柔性精密加工生产线4、小型柔性精密加工生产线5、检测装备6、仓储装备7。
参阅图2，所述小型柔性精密加工生产线5包括卧式加工中心51、中央刀库系统52和物料缓存系统53，所述卧式加工中心51和中央刀库系统52靠近物料缓存系统53设置，所述卧式加工中心51用于小型结构件的加工，所述中央刀库系统52用于储存卧式加工中心51所用刀具，所述物料缓存系统53用于储存小型结构件。
参阅图3和图4，所述卧式加工中心51包括加工中心运动系统511、吸盘512、加工主轴513、线上刀库系统514、线上物料系统515和防护壳516。
所述加工中心运动系统511包括基座5111、X轴运动结构5112、Y轴运动结构5113、Z轴运动结构5114、A轴运动结构5115、B轴运动结构5116、C轴运动结构5117。
所述基座5111上设置有能够沿X轴方向运动的X轴运动结构5112和能够沿Z轴方向运动的Z轴运动结构5114，所述X轴运动结构5112上设置有能够沿Y轴方向运动的Y轴运动结构5113，所述Y轴运动结构5113上设置有能够水平转动的A轴运动结构5115，所述A轴运动结构5115上设置有能够竖向转动的B轴运动结构5116，所述B轴运动结构5116的转动端设置有用于吸附托盘的吸盘512，所述托盘用于安装小型结构件，所述Z轴运动结构5114上设置有能够竖向转动的C轴运动结构5117，所述C轴运动结构5117的转动端设置加工主轴513，所述加工主轴513上安装刀具，所述Z轴运动结构5114顶部设置有用于更换刀具的线上刀库系统514，所述线上物料系统515设置在基座5111上，所述基座5111上还固定有防护壳516。
具体的，通过X轴运动结构5112、Y轴运动结构5113的运动带动吸盘512上的小型结构件在水平面上的直线运动，通过A轴运动结构5115的水平转动带动吸盘512上的小型结构件在水平面上的水平转动，通过B轴运动结构5116的竖向转动带动吸盘512上的小型结构件在竖直平面上的转动，实现了小型结构件的四个轴向方向上的运动，通过Z轴运动结构5114的运动带动加工主轴513上的刀具在竖向方向的竖直运动，通过C轴运动结构5117的转动带动加工主轴513上的刀具在竖向方向转动，实现了刀具的两个轴向方向上的运动。传统的针对小型结构件需要增加加工系统的整体行程，带来成本的增加，造成资源浪费，又或使用直角头，但会影响加工效率低，也无法实现高精加工，而通过本实施例在刀具的两个轴向方向上的运动和小型结构件的四个轴向方向上的运动的配合下，保证了加工中心运动系统511具有六轴五联动的效果，实现小型结构件相对加工主轴513进行0度和90度姿态变换，不仅能在不增加加工系统的尺寸下实现小型结构件一次装夹进行五面加工，降低成本，还提高了加工效率和加工精度。
具体的，所述X轴运动结构5112包括X轴伺服电机51121、X轴滑动组件51122、X轴丝杆51123、X轴滑动座51124，所述X轴伺服电机51121固定端和X轴滑动组件51122均固定在基座5111上，所述X轴伺服电机51121的输出端连接X轴丝杆51123一端，所述X轴丝杆51123另一端与设置在X轴滑动组件51122上的X轴滑动座51124螺纹连接，所述X轴滑动座51124上设置Y轴运动结构5113；驱动所述X轴伺服电机51121，通过X轴丝杆51123的转动带动所述X轴滑动座51124在X轴滑动组件51122上沿X轴直线运动，进而带动Y轴运动结构5113沿X轴直线运动。
所述Y轴运动结构5113包括Y轴伺服电机51131、Y轴滑动组件51132、Y轴丝杆(图中未标注)、Y轴滑动座51133，所述Y轴伺服电机51131固定端和Y轴滑动组件51132均固定在X轴滑动座51124上，所述Y轴伺服电机51131的输出端连接Y轴丝杆(图中未标注)一端，所述Y轴丝杆(图中未标注)另一端与设置在Y轴滑动组件51132上的Y轴滑动座51133螺纹连接，所述Y轴滑动座51133上设置能够水平转动的A轴运动结构5115；驱动所述Y轴伺服电机51131，通过Y轴丝杆(图中未标注)的转动带动所述Y轴滑动座51133在Y轴滑动组件51132上沿Y轴直线运动，进而带动A轴运动结构5115沿Y轴直线运动。
所述Z轴运动结构5114包括Z轴伺服电机51141、Z轴滑动组件51142、Z轴丝杆(图中未标注)、Z轴滑动座51143和Z轴立柱51144，所述Z轴伺服电机51141固定端和Z轴滑动组件51142均固定在Z轴立柱51144上，所述Z轴伺服电机51141的输出端连接Z轴丝杆(图中未标注)一端，所述Z轴丝杆(图中未标注)另一端与设置在Z轴滑动组件51142上的Z轴滑动座51143螺纹连接，所述Z轴滑动座51143上设置能够竖向转动的C轴运动结构5117；驱动所述Z轴伺服电机51141，通过Z轴丝杆(图中未标注)的转动带动所述Z轴滑动座51143在Z轴滑动组件51142上沿Z轴直线运动，进而带动C轴运动结构5117沿Z轴直线运动。
参阅图5，所述A轴运动结构5115包括A轴力矩电机51151和A轴回转轴51152，所述A轴力矩电机51151固定在Y轴滑动座51133内部，所述A轴力矩电机51151的输出端伸出Y轴滑动座51133并通过所述A轴回转轴51152连接B轴运动结构5116；驱动A轴力矩电机51151，通过A轴回转轴51152转动带动B轴运动结构5116水平转动。
所述B轴运动结构5116包括B轴旋转液压缸51161和B轴回转轴51162，所述B轴旋转液压缸51161固定在A轴回转轴51152上，所述B轴旋转液压缸51161的输出端连接B轴回转轴51162，所述B轴回转轴51162上固定吸盘512；驱动B轴旋转液压缸51161，通过B轴回转轴51162转动带动吸附有托盘的吸盘512转动。
所述C轴运动结构5117包括C轴伺服电机、C轴锥齿轮运动副、C轴回转轴，所述C轴伺服电机固定在Z轴滑动座51143上，所述C轴回转轴能够转动的设置在Z轴滑动座51143上，所述C轴伺服电机的输出端通过所述C轴伺服电机连接所述C轴回转轴，所述C轴回转轴上固定有安装刀具的加工主轴513；驱动C轴伺服电机，通过C轴回转轴的转动带动安装刀具的加工主轴513在竖向方向转动。
参阅图6至图8，所述线上刀库系统514包括刀库水平运动结构5141、刀库旋转运动结构5142和刀盘库位结构5143，所述刀库水平运动结构5141能够水平移动的设置在Z轴立柱51144顶部，所述刀库水平运动结构5141设置有刀库旋转运动结构5142，所述刀库旋转运动结构5142的旋转端连接所述刀盘库位结构5143，驱动所述刀库水平运动结构5141致使所述刀盘库位结构5143水平移动，驱动刀库旋转运动结构5142致使所述刀盘库位结构5143旋转运动。
具体的，所述刀库水平运动结构5141包括刀库平移伺服电机51411、刀库水平移动座51412、刀库滑动组件51413和丝杆螺母副51414，所述刀库平移伺服电机51411和刀库滑动组件51413均固定在Z轴立柱51144上，所述刀库水平移动座51412能够移动的设置在刀库滑动组件51413上，所述刀库水平移动座51412上连接所述刀库旋转运动结构5142和刀盘库位结构5143，所述刀库平移伺服电机51411通过丝杆螺母副51414连接刀库水平移动座51412，具体的，所述刀库平移伺服电机51411通过联轴器连接丝杆螺母副51414，通过刀库平移伺服电机51411驱动丝杆螺母副51414转动，在刀库滑动组件51413的定位导向作用下实现刀库水平移动座51412的水平移动。
所述刀库旋转运动结构5142包括刀库旋转伺服电机51421、刀库直角减速机51422、刀库旋转主动齿轮51423和刀库旋转齿盘51424，所述刀库旋转伺服电机51421和刀库直角减速机51422均固定在刀库水平移动座51412上，所述刀库直角减速机51422输出端连接所述刀库旋转主动齿轮51423，所述刀库旋转主动齿轮51423与固定在刀盘库位结构5143上的刀库旋转齿盘51424啮合；驱动刀库旋转伺服电机51421，通过刀库旋转主动齿轮51423带动刀库旋转齿盘51424转动，进而带动刀盘库位结构5143转动。
所述刀盘库位结构5143包括刀盘回转轴51431、刀盘51432和刀柄卡扣51433，所述刀盘回转轴51431一端固定在刀库水平移动座51412上，另一端通过轴承连接有能够转动的刀盘51432，所述刀盘51432背面连接刀库旋转齿盘51424，所述刀盘51432沿口设置有多个用于安装刀具的刀柄卡扣51433；驱动刀库旋转伺服电机51421，通过刀库旋转主动齿轮51423带动刀库旋转齿盘51424转动，进而带动刀盘51432在刀盘回转轴51431转动。所述刀盘51432上安装多个不同型号的刀具，同时保证至少刀柄卡扣51433内是空的，不安装刀具，为加工主轴513更换刀具提供接受的位置，具体的，将未安装刀具的刀柄卡扣51433转动至加工主轴513的位置，并通过刀柄卡扣51433将加工主轴513上的刀具卡合，然后通过刀盘51432的转动将刀柄卡扣51433上待用的刀具安装至加工主轴513上。目前传统加工系统是多次装夹换刀，会占用加工系统的加工时间，降低了加工系统的主轴利用率，也增加了劳动力，而本实施例中的线上刀库系统514能够实现自动上下刀及加工过程换刀，全程无需人工参与，不占用加工系统的加工时间，大大提高了加工主轴513的利用率。
参阅图9和图10，所述线上物料系统515包括物料支架5151、物料上下料结构5152和物料升降防护门结构5153，所述物料支架5151固定在基座5111上，所述物料支架5151上固定物料上下料结构5152和物料升降防护门结构5153，所述物料升降防护门结构5153能够在物料支架5151上做升降运动，防止加工过程的碎屑及切削液飞出该加工中心。
在本实施例中设置有两组物料上下料结构5152，分别为上料工位和下料工位，实现毛坯物料进入加工中心和加工完成工件物料缓存离开加工中心过程中的缓存，还需要说明的是，上料工位和下料工位可以交换使用。
具体的，所述物料上下料结构5152包括物料门架51521、托盘定位块51522和托盘挡块51523，所述物料门架51521竖向固定在物料支架5151上，所述物料门架51521底部设置有托盘定位块51522，用于物料托盘的位置定位，所述物料门架51521顶部设置有托盘挡块51523，用于固定物料托盘，防止托盘倾倒。本实施例的加工中心能够自动取料、自动将加工完成的物料放置在缓存位，不占用加工中心的加工时间，大大提高了加工主轴513利用率。
通过本实施例的卧式加工中心51的设置，能够自动取料、自动将加工完成的物料放置在缓存位，全程无需人工参与，不占用加工中心的加工时间，大大提高了加工主轴513利用率，缩短了工件生产周期。并且通过B轴运动结构5116的设置，实现物料相对加工主轴513进行0度和90度姿态变换，在不增加卧式加工中心51的尺寸下可实现窄长零件的一次装夹五面加工。
参阅图11，所述中央刀库系统52包括刀具缓存库521、刀具搬运结构522、刀具工作站523，所述刀具缓存库521上设有刀具搬运结构522，所述刀具工作站523靠近刀具缓存库521设置。
所述刀具缓存库521包括刀具缓存支架5211和刀具缓存卡块5212，所述刀具缓存支架5211上固定有多个用于缓存刀具的刀具缓存卡块5212，所述刀具搬运结构522设置在刀具缓存支架5211上。
参阅图12，所述刀具搬运结构522包括刀具水平移动结构5221、刀具竖向移动结构5222、刀具伸缩移动结构5223和第一刀具卡块5224，所述刀具水平移动结构5221能够水平移动的设置在刀具缓存库5211上，所述刀具水平移动结构5221的移动端连接所述刀具竖向移动结构5222，所述刀具竖向移动结构5222底部连接所述刀具伸缩移动结构5223，所述刀具竖向移动结构5222的输出端连接有用于卡接刀具的第一刀具卡块5224。驱动刀具水平移动结构5221带动第一刀具卡块5224水平运动，驱动刀具竖向移动结构5222带动第一刀具卡块5224竖向移动，驱动刀具伸缩移动结构5223带动第一刀具卡块5224伸缩移动，实现了第一刀具卡块5224三个方向的运动，通过第一刀具卡块5224将刀具缓存在刀具缓存卡块5212上或将刀具从刀具缓存卡块5212上取出，实现刀具的在小型柔性精密加工生产线4上的自动缓存和取出。
参阅图13，所述刀具工作站523包括竖向运动结构5231和第二刀具卡块5232，所述竖向运动结构5231的输出端连接刀具卡快4232，驱动所述竖向运动结构5231带动所述第二刀具卡块5232竖向运动，所述第二刀具卡块5232用于存放刀具，作为刀具缓存库521和线上刀库系统514的刀具中转站；驱动刀具水平移动结构5221、刀具竖向移动结构5222以及刀具伸缩移动结构5223带动第一刀具卡块5224向第二刀具卡块5232靠近，使得第一刀具卡块5224能够将刀具运送至第二刀具卡块5232以及将第二刀具卡块5232上的刀具运送至第一刀具卡块5224。
参阅图14，所述物料缓存系统53包括物料缓存库531、物料平移工作站532和物料搬运结构533，所述物料平移工作站532均靠近物料缓存库531设置，所述物料搬运结构533能够移动的设置在物料缓存库531上。
参阅图15，所述物料缓存库531包括物料缓存支架5311和托盘定位件5312，所述物料缓存支架5311上固定有多组托盘定位件5312，每组托盘定位件5312由两个平行的缓存杆组成，所述物料搬运结构533设置在物料缓存支架5311上。
所述小型物料缓存系统53还包括物料数据库，存储着物料信息、物料托盘尺寸信息、绑定信息和物料状态信息；
库位管理模块，获取物料的数据库中存储的信息，所述库位管理模块根据物料缓存库的规格，建立所述物料缓存坐标系，以及以托盘定位件为行，以托盘的宽度为列，建立所述虚拟库位。
具体缓存方法包括如下步骤：
根据不同尺寸的物料，选择对应尺寸的物料托盘进行编号，并将物料托盘编号信息、物料和物料托盘的尺寸信息存储在所述物料数据库中；
所述库位管理模块根据所述缓存库的规格，建立所述物料缓存坐标系，以及以所述托盘定位件为行，以所述物料托盘的宽度为列，建立所述虚拟库位；
根据所述物料的尺寸信息选择适应的物料托盘固定连接，并在所述物料数据库存储所述物料与所述物料托盘编号绑定的绑定信息以及记录此时的物料状态信息为毛胚；
物料搬运结构获取所述物料缓存坐标系，所述库位管理模块获取绑定信息，根据物料托盘的宽度，动态分配虚拟库位坐标并下发指令给物料搬运结构，物料搬运结构抓取固定后的物料和物料托盘放置在分配的库位上，实现毛胚物料缓存；
根据所述加工任务信息，所述库位管理模块下达指令给物料搬运结构，物料搬运结构将所述毛胚物料从分配的库位上搬运至加工处，以及所述库位管理模块释放此虚拟库位；
当所述毛胚物料完成加工后，所述库位管理模块优先分配相同尺寸宽度的虚拟库位，下达指令给物料搬运结构将完成加工后的毛胚物料搬运至新分配的库位上缓存，同时所述物料数据库中更新物料状态信息为成品；
所述库位管理模块获取所述出库信息，下达指令给物料搬运结构将成品物料从所述缓存库中取出，以及所述库位管理模块释放虚拟库位；
将所述成品物料与所述物料托盘拆分，并在所述物料数据库中将所述绑定信息解绑，完成所述物料从毛坯到成品加工过程中的缓存。
在本发明的一实施例中，所述库位管理模块释放虚拟库位，还包括以下步骤：
判断此时的虚拟库位，相邻两侧是否已有所述物料托盘占用；
若有，则此虚拟库位下次由相同宽度的物料托盘优先使用；
若无，则所述库位管理模块将此虚拟库位与相邻的空位尺寸合并，以便下次动态分配。
进一步的，所述库位管理模块动态分配虚拟库位，包括以下步骤：
建立所述物料缓存坐标系OXY，以每层物料缓存架的信息坐标为Li(OX，OY，LL，HL)，其中，i表示为第i层物料缓存架，(OX，OY)表示为每层物料缓存架的起始点，(LL，HL)表示为物料缓存架的长度和高度；
获取物料尺寸信息[WM，HM]，物料托盘尺寸信息[WS，HS]和绑定信息M[max(WM，WS)，HS]，其中，[WM，HM]表示为所述物料的宽度和高度，[WS，HS]表示为物料托盘的宽度和高度；
根据HL＝HS，选择合适层高的物料缓存架，单层对物料缓存架依次进行搜索，分配虚拟库位，所述虚拟库位的坐标为V[V1，V2，V3，V4，V5，V6]，其中，[V1，V2]表示为虚拟库位的XY坐标，[V3]表示为分配虚拟库位的大小，[V4]表示为虚拟库位状态，[V5]表示为虚拟库位的顺序，[V6]表示为物料状态；
若物料缓存架上已经放置K个物料，且所有物料托盘顺序无空缺排列，则新建的虚拟库位坐标为
其中，VK+1表示为新建的虚拟库位坐标，Mj表示为此层物料缓存架上单个物料托盘尺寸信息，A表示为两个物料托盘间的间距，MK+1[0]表示此物料和物料托盘的绑定信息；
若从第m个物料到第n个物料已被取走，所建立的虚拟库位已被释放，则Bj＝Vj+1-Vj，若Bj>max(WM WS)，则新建的虚拟库位坐标为
同时更新虚拟库位的顺序，并继续向后搜索，直至m＝k-1，按照所有物料托盘无空缺排列建立新的虚拟库位坐标，若Bj<max(WM WS)，则表示这个位置不适合此次的物料托盘尺寸，留给后续合适的物料使用，继续搜索已被释放的虚拟库位，其中，Bj表示为第j+1个物料托盘和第j个物料托盘被释放的宽度。
再进一步的，物料缓存坐标系OXY的原点O为位于所述支架底部的所述托盘定位件与所述支架侧边的交界处，其所述物料缓存坐标系的横坐标OX表示为所述托盘定位件的长度，所述物料缓存坐标系的纵坐标OY表示为所述支架的高度。
再进一步的，根据所述物料的尺寸信息选择适应的物料托盘固定连接，其物料的尺寸和物料托盘的尺寸满足HM<HS。
在本发明的一实施例中，[V4]＝[1]表示库位建立，[V4]＝[0]表示库位已被释放。
参阅图16，物料平移工作站532包括物料平移支架5321、物料推动气缸5322、物料操作台5323、平移滑动组件5324、物料检测气缸5325、物料检测支架5326、检测滑动组件5327和检测设备5328，所述物料平移支架5321上设置有两组平移滑动组件5324，每组平移滑动组件5324上设置有能够水平移动的物料操作台5323，所述物料推动气缸5322固定端固定在物料平移支架5321上，所述物料推动气缸5322的输出端连接所述物料操作台5323底部，驱动物料推动气缸5322带动所述物料操作台5323在平移滑动组件5324上平移；靠近每组平移滑动组件5324的物料平移支架5321上还设有检测滑动组件5327，所述有检测滑动组件5327设置有竖向移动的物料检测支架5326，所述物料检测支架5326顶部固定有检测设备5328，所述物料检测气缸5325的固定端固定在物料平移支架5321上，所述物料检测气缸5325的输出端连接所述物料检测支架5326，驱动物料检测气缸5325带动所述物料检测支架5326在检测滑动组件5327上竖向移。
参阅图17，所述物料搬运结构533包括物料搬运支架5331、物料水平移动结构5332、物料竖向运动结构5333、物料旋转运动结构5334和物料夹取组件5335，所述物料搬运支架5331通过物料水平移动结构5332能够水平移动的设置在物料缓存支架5311上，所述物料搬运支架5331上还设有物料竖向运动结构5333，所述物料竖向运动结构5333的输出端连接物料旋转运动结构5334，所述物料旋转运动结构5334的输出端连接用于夹取物料的物料夹取组件5335；驱动物料水平移动结构5332、物料竖向运动结构5333、物料旋转运动结构5334致使物料夹取组件5335向物料缓存库531或物料平移工作站532。
参阅图18至图21，所述物料水平移动结构5332包括物料水平移动电机53321、物料水平移动齿轮53322和物料水平移动齿条(图中未示)，所述物料搬运支架5331通过滑动组件设置在物料搬运支架5331上，所述物料水平移动电机53321固定在物料搬运支架5331底部，所述物料搬运支架5331输出端连接物料水平移动齿轮53322，所述物料水平移动齿轮53322与固定在物料缓存支架5311上的物料水平移动齿条啮合。
所述物料竖向运动结构5333包括物料竖向运动底座53331、物料竖向滑动组件53332、物料竖向移动电机53333、物料竖向移动齿轮箱53334和物料竖向移动齿条53335，所述物料竖向运动底座53331通过物料竖向滑动组件53332设置在物料竖向滑动组件53332上，所述物料竖向移动电机53333固定在物料竖向运动底座53331上，所述物料竖向运动底座53331输出端通过物料竖向移动齿轮箱53334与固定在物料搬运支架5331上的物料竖向移动齿条53335配合。
所述物料旋转运动结构5334包括定连杆53341、左伺服电机53342、右伺服电机53343、左丝杆53344、右丝杆53345、三角连杆53346、第一连杆53347、第二连杆53348和动连杆53349，所述定连杆53341固定在物料竖向运动结构5333上，所述定连杆53341两端分别固定有左伺服电机53342和右伺服电机53343，所述左伺服电机53342输出端通过左丝杆53344螺纹连接三角连杆53346的一端，所述三角连杆53346的另外两端分别铰接定连杆53341和动连杆53349，所述右伺服电机53343输出端通过右丝杆53345螺纹连接第一连杆53347中部，所述第一连杆53347两端分别铰接定连杆53341和第二连杆53348，所述第二连杆53348远离第一连杆53347的一端铰接动连杆53349，所述动连杆53349连接物料夹取组件5335。
所述物料夹取组件5335包括气缸连接板53351、夹爪气缸53352、定夹爪53353、动夹爪53354和夹爪滑动组件53355，所述气缸连接板53351连接所述动连杆53349，所述夹爪气缸53352固定在气缸连接板53351上，所述定夹爪53353固定在所述气缸连接板53351一端，所述动夹爪53354通过夹爪滑动组件53355能够移动的设置在气缸连接板53351另一端，所述夹爪气缸53352的输出端连接所述动夹爪53354，驱动所述夹爪气缸53352带动动夹爪53354在夹爪滑动组件53355上移动。
通过物料缓存系统53的设置，小型物料的搬运由自动搬运替代原有的人工搬运，实现了待加工物料与已加工物料的自动上下机床，减少了大量的劳动力，还能自动提前将待加工的物料放置在卧式加工中心51上，减少了上下料过程机床的等待时间，大大提高了上下料效率高，提高机床的加工效率，进而缩短了工件生产周期。
进一步的，还包括生产线管控系统和卧式加工中心数控系统，所述车间管控系统电连接生产线管控系统和卧式加工中心数控系统，所述生产线管控系统电连接中型柔性精密加工生产线4和小型柔性精密加工生产线5，所述卧式加工中心数控系统电连接卧式加工中心51。
具体的：所述小型柔性精密加工生产线5的加工方法包括如下步骤：
步骤一：存储物料
将物料固定在托盘上，并放置在物料平移工作站532的物料操作台5323上，将物料信息存储在托盘RFID芯片内，读取托盘上芯片获取物料的信息，通过驱动物料推动气缸5322将物料推送至物料搬运结构533上物料夹取组件5335的夹取位置，生产线管控系统控制物料夹取组件5335夹取带物料的托盘，并通过控制物料水平移动结构5332、物料竖向运动结构5333、物料旋转运动结构5334将抓取的物料运送到指定的托盘定位件5312上；
步骤二：存储刀具
将刀具与刀柄组合，装夹在刀具工作站523上的第二刀具卡块5232上，将刀具信息存储在刀柄RFID芯片内，通过读取刀柄上芯片获取物料的信息，生产线管控系统控制通过控制刀具水平移动结构5221、刀具竖向移动结构5222将第一刀具卡块5224运送至第二刀具卡块5232上方，并控制刀具伸缩移动结构5223将带刀具的刀柄从第二刀具卡块5232上取下卡接在第一刀具卡块5224上，然后，再控制刀具水平移动结构5221、刀具竖向移动结构5222、刀具伸缩移动结构5223将刀具放置在刀具缓存库521上的刀具缓存卡块5212上；
通过不同托盘和刀具上的RFID信息进行物料进行识别，将物料存储在物料缓存库531上以及将刀具存储在刀具缓存库521上，对物料和刀具进行集中管控，实现物料、刀具与加工设备的信息绑定，可用于加工过程质量追溯。
步骤三：搬运物料至卧式加工中心51
生产线管控系统根据车间管控系统下发的生产加工任务控制物料搬运结构533将带物料的托盘从物料缓存库531上搬运放至卧式加工中心51上的物料上下料结构5152上；
步骤四：搬运刀具至卧式加工中心51
生产线管控系统根据车间管控系统下发的生产加工任务控制刀具搬运结构522将加工过程所需要的刀具从刀具缓存库521上取出，并控制刀具搬运结构522将刀具运送至卧式加工中心51上的刀盘库位结构5143上；
步骤五：将物料运输至卧式加工中心51的加工区域
生产线管控系统将加工程序同步下发到卧式加工中心51，并控制A轴运动结构5115将吸盘512转向刀盘库位结构5143的位置，控制吸盘512将带有物料的托盘吸附，进而将带有物料的托盘从刀盘库位结构5143上取下运送到卧式加工中心51的加工区域；
步骤六：物料加工
卧式加工中心数控系统控制刀库旋转伺服电机51421将刀盘51432上的待用刀具旋转至加工主轴513的上方，并控制Z轴运动结构5114带动加工主轴513上升，使得加工主轴513卡住刀柄卡扣51433上的待用刀具，再控制刀库水平运动结构5141，使得刀盘库位结构5143沿Y轴方向移动，从而使得刀具从刀柄卡扣51433上取出卡接在加工主轴513上；通过车间管控系统控制X轴运动结构5112、Y轴运动结构5113、Z轴运动结构5114、A轴运动结构5115、C轴运动结构5117的联动，完成托盘上的物料五个面的加工；需要说明的是，对于窄长零件，由于Z轴方向尺寸限制仅能完成正面、左面和右面三个面的加工，此时，控制B轴运动结构5116中的B轴旋转液压缸51161将物料旋转90°，再控制其他运动结构加工上下两个面；
步骤七：物料加工完成后，将加工完成后的物料放回刀盘库位结构5143上，等待物料搬运结构533从卧式加工中心51中取出放置在托盘定位件5312上；
同样的，刀具加工完成后，通过刀具搬运结构522将线上刀库系统514上的刀具取出放置在刀具缓存库521上使得刀具缓存卡块5212上；
步骤八：生产线管控系统将完成的工件任务传送回车间管控系统，车间管控系统通过物流运输装备3将托盘定位件5312上的物料运输至检测装备6进行检测，检测合格的物料再运输至仓储装备7进行存储。
本实施例中的小型柔性精密加工生产线5能够实现卧式加工中心51的自动上下料及自动更换刀具，具有同一产品多工序流水线加工、不同产品单机独立运行并行加工，多种产品多工序机床组合混流生产等多种加工模式，灵活度高，满足雷达电子装备小型结构件多品种变批量的生产要求；还能控制刀具及物料的自动切换，同时将物料、刀具与卧式加工中心51的加工过程数据相关联并存储记录，实现对物料加工全流程的实时监控，加工质量的追溯，并且多台卧式加工中心51进行精度一致性校准及补偿，并将数据存储在车间管控系统，在加工过程自动进行补偿，同时，不需要手工对刀，系统自动找补，保证了加工质量及加工产品一致性，还缩短了工件生产周期。
以上所述实施例仅表示发明的实施方式，本发明的保护范围不仅局限于上述实施例，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。
Claims (10)
1.一种小型柔性精密加工生产线，其特征在于：包括卧式加工中心、中央刀库系统和物料缓存系统，所述卧式加工中心和中央刀库系统靠近物料缓存系统设置，所述卧式加工中心用于小型结构件的加工，所述中央刀库系统用于储存卧式加工中心所用刀具，所述物料缓存系统用于储存小型结构件；
所述物料缓存系统包括物料搬运结构，所述物料搬运结构包括物料搬运支架、物料水平移动结构、物料竖向运动结构、物料旋转运动结构和物料夹取组件，所述物料搬运支架通过物料水平移动结构能够水平移动的设置在物料缓存支架上，所述物料搬运支架上还设有物料竖向运动结构，所述物料竖向运动结构的输出端连接物料旋转运动结构，所述物料旋转运动结构的输出端连接用于夹取物料的物料夹取组件；驱动物料水平移动结构、物料竖向运动结构、物料旋转运动结构致使物料夹取组件向物料缓存库或物料平移工作站。
2.根据权利要求1所述的一种小型柔性精密加工生产线，其特征在于：所述卧式加工中心包括加工中心运动系统、吸盘、加工主轴、线上刀库系统、线上物料系统和防护壳；所述加工中心运动系统包括基座、X轴运动结构、Y轴运动结构、Z轴运动结构、A轴运动结构、B轴运动结构、C轴运动结构；
所述基座上设置有能够沿X轴方向运动的X轴运动结构和能够沿Z轴方向运动的Z轴运动结构，所述X轴运动结构上设置有能够沿Y轴方向运动的Y轴运动结构，所述Y轴运动结构上设置有能够水平转动的A轴运动结构，所述A轴运动结构上设置有能够竖向转动的B轴运动结构，所述B轴运动结构的转动端设置有吸盘，所述Z轴运动结构上设置有能够竖向转动的C轴运动结构，所述C轴运动结构的转动端设置加工主轴，所述Z轴运动结构顶部设置有用于更换刀具的线上刀库系统，所述线上物料系统设置在基座上，所述基座上还固定有防护壳。
3.根据权利要求2所述的一种小型柔性精密加工生产线，其特征在于：所述线上刀库系统包括刀库水平运动结构、刀库旋转运动结构和刀盘库位结构，所述刀库水平运动结构能够水平移动的设置在Z轴运动结构顶部，所述刀库水平运动结构设置有刀库旋转运动结构，所述刀库旋转运动结构的旋转端连接所述刀盘库位结构，驱动所述刀库水平运动结构致使所述刀盘库位结构水平移动，驱动刀库旋转运动结构致使所述刀盘库位结构旋转运动。
4.根据权利要求3所述的一种小型柔性精密加工生产线，其特征在于：所述刀库水平运动结构包括刀库平移伺服电机、刀库水平移动座、刀库滑动组件和丝杆螺母副，所述刀库平移伺服电机和刀库滑动组件均固定在Z轴运动结构上，所述刀库水平移动座能够移动的设置在刀库滑动组件上，所述刀库水平移动座上连接所述刀库旋转运动结构和刀盘库位结构，所述刀库平移伺服电机通过第二丝杆螺母副连接第二刀库水平移动座。
5.根据权利要求3所述的一种小型柔性精密加工生产线，其特征在于：所述刀库旋转运动结构包括刀库旋转伺服电机、刀库直角减速机、刀库旋转主动齿轮和刀库旋转齿盘，所述刀库旋转伺服电机和刀库直角减速机均固定在刀库水平移动座上，所述刀库直角减速机输出端连接所述刀库旋转主动齿轮，所述刀库旋转主动齿轮与固定在刀盘库位结构上的刀库旋转齿盘啮合；驱动刀库旋转伺服电机致使刀盘库位结构转动。
6.根据权利要求3所述的一种小型柔性精密加工生产线，其特征在于：所述刀盘库位结构包括刀盘回转轴、刀盘和刀柄卡扣，所述刀盘回转轴一端固定在刀库水平运动结构上，另一端连接有能够转动的刀盘，所述刀盘连接所述刀库旋转运动结构的转动端，驱动刀库旋转运动结构致使所述刀盘在刀盘回转轴上转动，所述刀盘沿口设置有多个刀柄卡扣。
7.根据权利要求1所述的一种小型柔性精密加工生产线，其特征在于：所述中央刀库系统包括刀具缓存库、刀具搬运结构、刀具工作站，所述刀具缓存库上设有刀具搬运结构，所述刀具工作站靠近刀具缓存库设置；
所述刀具搬运结构包括刀具水平移动结构、刀具竖向移动结构、刀具伸缩移动结构和刀具卡块，所述刀具水平移动结构能够移动的设置在刀具缓存库上，所述刀具水平移动结构的移动端连接所述刀具竖向移动结构，所述刀具竖向移动结构的输出端连接所述刀具伸缩移动结构，所述刀具伸缩移动结构的输出端连接有用于卡接刀具的第一刀具卡块；
所述刀具工作站包括竖向运动结构和第二刀具卡块，所述竖向运动结构的输出端连接第二刀具卡块，驱动所述竖向运动结构带动所述第二刀具卡块竖向运动，驱动刀具水平移动结构、刀具竖向移动结构以及刀具伸缩移动结构致使第一刀具卡块向第二刀具卡块靠近。
8.根据权利要求1所述的一种小型柔性精密加工生产线，其特征在于：所述物料缓存系统还包括物料缓存库和物料平移工作站，所述物料平移工作站均靠近物料缓存库设置，所述物料搬运结构能够移动的设置在物料缓存库上；所述物料缓存库包括物料缓存支架和托盘定位件，所述物料缓存支架上固定有多组托盘定位件，每组托盘定位件由两个平行的缓存杆组成，所述物料搬运结构设置在物料缓存支架上。
9.根据权利要求8所述的一种小型柔性精密加工生产线，其特征在于：所述物料平移工作站包括物料平移支架、物料推动气缸、物料操作台、平移滑动组件、物料检测气缸、物料检测支架、检测滑动组件和检测设备，所述物料平移支架上设置有两组平移滑动组件，每组平移滑动组件上设置有能够水平移动的物料操作台，所述物料推动气缸固定端固定在物料平移支架上，所述物料推动气缸的输出端连接所述物料操作台底部，驱动物料推动气缸带动所述物料操作台在平移滑动组件上平移；靠近每组平移滑动组件的物料平移支架上还设有检测滑动组件，所述有检测滑动组件设置有竖向移动的物料检测支架，所述物料检测支架顶部固定有检测设备，所述物料检测气缸的固定端固定在物料平移支架上，所述物料检测气缸的输出端连接所述物料检测支架，驱动物料检测气缸带动所述物料检测支架在检测滑动组件上竖向移。
10.根据权利要求1所述的一种小型柔性精密加工生产线，其特征在于：所述物料旋转运动结构包括定连杆、左伺服电机、右伺服电机、左丝杆、右丝杆、三角连杆、第一连杆、第二连杆和动连杆，所述定连杆固定在物料竖向运动结构上，所述定连杆两端分别固定有左伺服电机和右伺服电机，所述左伺服电机输出端通过左丝杆螺纹连接三角连杆的一端，所述三角连杆的另外两端分别铰接定连杆和动连杆，所述右伺服电机输出端通过右丝杆螺纹连接第一连杆中部，所述第一连杆两端分别铰接定连杆和第二连杆，所述第二连杆远离第一连杆的一端铰接动连杆，所述动连杆连接物料夹取组件。
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