一种智能加工方法及智能加工系统与流程

1.本发明涉及机械加工自动化生产技术领域，更具体地，涉及一种智能加工方法及智能加工系统。


背景技术：

2.目前的机械加工自动化生产线，通常是只存在单一的生产模式，要么是应用于单一品种单工序的产品的加工，要么是应用于单一品种多工序的产品的加工，而与之对应的设备也只能满足单一的生产模式，无法做到多种模式共用，也无法满足在不同的生产模式之间进行切换，同一套设备，更无法做到多工序单品种生产模式或者多工序多品种的生产模式，因此，无法满足对自动化的兼容性、灵活性的要求，不仅降低了对设备的利用率，更桎梏了企业产品的多样化，无法适用于现代化生产。
3.中国台湾专利twi495971b公开了一种控制裝置、控制系統、控制方法、控制程序及其记录媒体，可对多条生产线进行同步控制，在一条生产线上灵活地进行多制程的产品生产，满足多样少量的生产需求；但其是针对需要封装金属端子的电子元器件的生产，无法适用于其他品种的产品的机械加工；因此设备的兼容性有限，灵活性还不够高。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种智能加工方法，可以在一套设备上采用多种生产模式进行生产，根据客户需要进行灵活切换，能够满足多种不同的产品的机械加工。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
6.提供一种智能加工方法，包括以下步骤：
7.a、分别对生产模式及智能加工系统进行建模；
8.其中生产模式至少包括以下的两种：单工序单品种生产模式，单工序多品种生产模式，多工序单品种生产模式，多工序多品种生产模式；
9.b、输入工序及品种参数确定生产模式，并将生产模式与智能加工系统进行匹配；
10.c、进行动作调试，确定工艺流程；
11.d、进行成品初检验，若合格则进入下一步；若不合格则返回步骤c；
12.e、进入批量生产。
13.本发明的智能加工方法具有多种生产模式，可根据客户的需要进行不同的生产模式的灵活自由切换；在品种单一且工序单一但需要加工的数量较多时调用单工序单品种生产模式进行生产；在品种较多，但对各品种均只需进行单一的工序加工时调用单工序多品种生产模式进行生产；在品种单一但需要进行多道工序的生产时调用多工序单品种生产模式进行生产；在品种较多且对不同的品种需要进行多道的工序进行加工时调用多工序多品种生产模式进行生产；这样，上述不同的生产模式均可以共用同一条生产线的设备进行生产，大大提升了设备的利用率，且可满足客户多样化的生产需求，不仅可以节约设备成本，
也可以节约设备的占地空间。
14.进一步地，所述步骤a中对生产模式进行建模包括确定工序数目与品种数目，具体步骤如下：
15.a11、对工序种类进行划分并编号，根据工序和物料品种对夹具进行编号；
16.a12、对生产模式进行编号，并将工序编号、夹具编号与生产模式进行一一对应；
17.a13、确定所述生产模式下的生产单元数目、机器人数目、夹具数目；
18.a14、根据工序所对应的加工时间及上下料所需要的时间确定确定所述生产模式下的生产节拍，计算日产量。
19.进一步地，所述步骤a12中
20.夹具数目＝生产单元的数目＝工序数*品种数；
21.机器人数目＝生产单元的数目/4，结果为小数时按进1取整。
22.进一步地，应用所述智能加工方法的智能加工系统包括若干设有上下料台的生产单元、用于装夹及移动物料的机器人，使所述机器人可移动的轨道，所述步骤a中对智能加工系统进行建模包括以下步骤：
23.a21、对生产单元进行编号；
24.a22、根据工序确定每道工序对应的机器人的动作行程；
25.a23、根据夹具确定机器人在上下料台的装夹位置及在机床上的加工位置。
26.进一步地，所述步骤a21中对生产单元进行编号包括对分别对机床、上下料工作台、夹具放置单元、各上料托盘、各下料托盘进行编号。
27.进一步地，所述步骤a22中每道工序对应的机器人的动作行程包括以下步骤：
28.a221、识别机器人上的夹具，若与该工序的加工物料匹配则进入步骤a223，若与该工序的加工物料不匹配则进入步骤a222；
29.a222、将机器人上的夹具放置于夹具放置台，并自动装夹与该工序的加工物料相匹配的夹具；
30.a223、从上下料台中上料区域的上料托盘中夹取待加工物料；
31.a224、将待加工物料转移至操作工作台中加工位置；
32.a225、从操作工作台将已加工完毕的物料夹出放置于上下料台中下料区域的下料托盘中。
33.进一步地，在所述步骤a225后还包括步骤a226：对上料托盘和下料托盘进行满盘或空盘识别，当识别到上料托盘已经为空盘或下料托盘已经为满盘时，将物料夹具卸下放置于夹具放置台上，并将托盘夹具安装于机器人上，将空托盘从上料区域转移至下料区域，再将托盘夹具卸下换上物料夹具继续进行物料的装夹。
34.进一步地，在所述步骤e后还包括步骤f：对是否存在上料托盘进行识别，当不存在上料托盘时，结束流程；当还存在上料托盘时，返回步骤e。
35.进一步地，所述步骤c中根据步骤b的结果对机器人进行调配，确定机器人在整体加工过程的动作行程。
36.本发明还提供一种应用如上述智能加工方法的智能加工系统，包括若干设有用于物料放置及机械加工的生产单元、用于夹具临时放置的夹具放置单元、可进行不同夹具的更换以抓取不同的物料并通过若干生产单元进行物料加工的机器人、用于使所述机器人在
不同的生产单元之间来回移动的轨道、用于控制的控制单元，所述机器人与所述轨道滑动连接，若干生产单元沿着所述轨道依次排列，所述夹具放置单元设置在所述生产单元和/或所述轨道上，所述控制单元与所述生产单元、所述机器人均电连接。
37.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
38.(1)具有多种生产模式，可根据客户的需要进行不同的生产模式的灵活自由切换；在品种单一且工序单一但需要加工的数量较多时调用单工序单品种生产模式进行生产；在品种较多，但对各品种均只需进行单一的工序加工时调用单工序多品种生产模式进行生产；在品种单一但需要进行多道工序的生产时调用多工序单品种生产模式进行生产；在品种较多且对不同的品种需要进行多道的工序进行加工时调用多工序多品种生产模式进行生产；这样，上述不同的生产模式均可以共用同一条生产线的设备进行生产，大大提升了设备的利用率，且可满足客户多样化的生产需求，不仅可以节约设备成本，也可以节约设备的占地空间。
39.(2)可根据生产节拍智能配备生产单元、机器人、夹具的数目，达到提高生产效率的目的。
40.(3)物料识别功能可以防错纠错，大大降低了错加工的风险。
41.(4)夹具放置单元给机器人取放夹具提供了极大的便利，可缩短夹具更换时间，提高生产效率。
42.(5)整个生产过程全自动化，节省了人力资源，降低了人工成本。
附图说明
43.图1本发明一种智能加工方法的流程图；
44.图2为本发明一种智能加工系统单工序单品种生产模式的结构示意图；
45.图3为本发明一种智能加工系统单工序多品种生产模式的结构示意图；
46.图4为本发明一种智能加工系统多工序单品种生产模式的结构示意图；
47.图5为本发明一种智能加工系统单多工序多品种生产模式的结构示意图；
48.图示标记说明如下：
49.1、生产单元；11、上下料工作台；2、夹具放置单元；3、机器人；4、轨道。
具体实施方式
50.下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
51.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
52.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性
或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。
53.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
54.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
55.实施例1
56.如图1所示为本发明一种智能加工方法的实施例，包括以下步骤：
57.a、分别对生产模式及智能加工系统进行建模；
58.其中生产模式至少包括以下的两种：单工序单品种生产模式，单工序多品种生产模式，多工序单品种生产模式，多工序多品种生产模式；
59.(1)对生产模式进行建模包括确定工序数目与品种数目，具体步骤如下：
60.a11、对工序种类进行划分并编号，根据工序和物料品种对夹具进行编号；
61.a12、对生产模式进行编号，并将工序编号、夹具编号与生产模式进行一一对应；
62.夹具数目＝生产单元1的数目＝工序数*品种数；
63.机器人3数目＝生产单元1的数目/4，结果为小数时按进1取整；
64.a13、确定所述生产模式下的生产单元1数目、机器人数目3、夹具数目；
65.a14、根据工序所对应的加工时间及上下料所需要的时间确定确定所述生产模式下的生产节拍，计算日产量。
66.(2)对智能加工系统进行建模包括以下步骤：
67.a21、对生产单元1进行编号；
68.对生产单元1进行编号包括对分别对机床、上下料工作台11、夹具放置单元2、各上料托盘、各下料托盘进行编号。
69.a22、根据工序确定每道工序对应的机器人3的动作行程；
70.每道工序对应的机器人3的动作行程包括以下步骤：
71.a221、识别机器人3上的夹具，若与该工序的加工物料匹配则进入步骤a223，若与该工序的加工物料不匹配则进入步骤a222；
72.a222、将机器人3上的夹具放置于夹具放置台，并自动装夹与该工序的加工物料相匹配的夹具；
73.a223、从上下料台中上料区域的上料托盘中夹取待加工物料；
74.a224、将待加工物料转移至操作工作台中加工位置；
75.a225、从操作工作台将已加工完毕的物料夹出放置于上下料台中下料区域的下料
托盘中。
76.a226：对上料托盘和下料托盘进行满盘或空盘识别，当识别到上料托盘已经为空盘或下料托盘已经为满盘时，将物料夹具卸下放置于夹具放置台上，并将托盘夹具安装于机器人3上，将空托盘从上料区域转移至下料区域，再将托盘夹具卸下换上物料夹具继续进行物料的装夹。
77.a23、根据夹具确定机器人3在上下料台的装夹位置及在机床上的加工位置。
78.b、输入工序及品种参数确定生产模式，并将生产模式与智能加工系统进行匹配；
79.c、进行动作调试，确定工艺流程；
80.根据步骤b的结果对机器人3进行调配，确定机器人3在整体加工过程的动作行程。
81.d、进行成品初检验，若合格则进入下一步；若不合格则返回步骤c；
82.e、进入批量生产。
83.f：对是否存在上料托盘进行识别，当不存在上料托盘时，结束流程；当还存在上料托盘时，返回步骤e。
84.下面以对第一压缩机壳体铣削平面后钻孔攻牙，及对第二压缩机壳体铣削平面后钻孔攻牙为例展开详细地讲解：
85.第一压缩机壳体与第二压缩机壳体从功能上来说，都是属于压缩机壳体，但其具有不同的结构，而且需要对两者分别进行两道工序的加工。
86.首先，对工序种类进行划分并编号，用小写的英文字母对工序进行编号，铣削平面工序编号为a，钻孔攻牙工序编号为b；
87.然后，根据工序和物料品种对夹具进行编号；用希腊数字对夹具进行编号，用于夹紧第一压缩机壳体铣削平面工序物料的第一夹具编号为ⅰ，用于夹紧第一压缩机壳体钻孔攻牙工序的第二夹具编号为ⅱ；用于夹紧第二压缩机壳体铣削平面工序物料的第三夹具编号为ⅲ，用于夹紧第二压缩机壳体钻孔攻牙工序的第四夹具编号为ⅳ.
88.从整体上看，产品为两种，每种产品的加工工序各为两个，因此，采用多工序多品种生产模式；
89.用大写的英文字母对四种常见的生产模式进行编号：
90.a：单工序单品种生产模式
91.b：单工序多品种生产模式
92.c：多工序单品种生产模式
93.d：多工序多品种生产模式
94.本次加工的具体执行的生产模式为daⅰbⅱaⅲbⅳ，即多工序多品种生产模式。
95.确定夹具数目及生产单元1的数目：
96.上述操作只涉及2个工序，有2个品种，因此
97.夹具数目＝生产单元1的数目＝工序数*品种数＝2*2＝4；
98.确定机器人3数：
99.机器人3数＝生产单元1的数目/4＝4/4＝1；
100.第一压缩机壳体的生产流程及时间见下表1：
[0101][0102][0103]
表1
[0104]
第一压缩机壳体的生产节拍即为第一压缩机壳体的生产过程总耗时，如下：
[0105]
第一压缩机壳体的生产节拍＝3+65+3+55+3＝129(s)
[0106]
通过第一压缩机壳体的生产节拍可以计算第一压缩机壳体的日产量，若产量无法满足客户要求，可倍增机器人3及生产单元1的数目以提高单位时间内的产出。
[0107]
同理，第二压缩机壳体生产流程及时间见下2：
[0108][0109]
表2
[0110]
第二压缩机壳体的生产节拍即为第一压缩机壳体的生产过程总耗时，如下：
[0111]
第二压缩机壳体的生产节拍＝3+72+3+55+3＝136(s)
[0112]
通过第二压缩机壳体的生产节拍可以计算第二压缩机壳体的日产量，若产量无法满足客户要求，可倍增机器人3及生产单元1的数目以提高单位时间内的产出。
[0113]
将第一压缩机壳体铣削平面工序a对应的机床编号为kaⅰ、对应的上下料工作台11编号为maⅰ、第一夹具放置单元编号为taⅰ、上料托盘编号为waⅰ；第一压缩机壳体钻孔攻牙工序b对应的机床编号为kbⅱ、第二夹具放置单元编号为tbⅱ、下料托盘编号为pbⅱ；
[0114]
将第二压缩机壳体铣削平面工序a对应的机床编号为kaⅲ、对应的上下料工作台11编号为maⅲ、第三夹具放置单元编号为taⅲ、上料托盘编号为waⅲ；第二压缩机壳体钻孔攻牙工序b对应的机床编号为kbⅳ、第四夹具放置单元编号为tbⅳ、下料托盘编号为pbⅳ；
[0115]
综合第一压缩机壳体的生产节拍与第二压缩机壳体的生产节拍获得整个多工序多品种生产模式daⅰbⅱaⅲbⅳ机器人3的总行程；
[0116]
机器人3的总行程如下：
[0117]
s1：检测机器人3上装夹的是否为第一夹具ⅰ，若是则进入下一步，若否则从第一夹具放置单元taⅰ处换取夹具；
[0118]
s2：从上料托盘kaⅰ装夹第一压缩机壳体待加工物料，然后将待加工物料转移至机床kaⅰ，执行第一压缩机壳体铣削平面工序aⅰ；
[0119]
s3：检测机器人3上装夹的是否为第三夹具ⅲ，若是则进入下一步，若否则从第三夹具放置单元taⅲ处换取夹具；
[0120]
s4：从上料托盘kaⅲ装夹第二压缩机壳体待加工物料，然后将待加工物料转移至机床kaⅲ，执行第二压缩机壳体铣削平面工序aⅲ；
[0121]
s5：检测机器人3上装夹的是否为第二夹具ⅱ，若是则进入下一步，若否则从第二夹具放置单元tbⅱ处换取夹具；
[0122]
s6：机器人3在机床kaⅰ处等候第一压缩机壳体铣削平面工序aⅰ加工完毕，将物料转移至机床kbⅱ，执行第一压缩机壳体钻孔攻牙工序bⅱ；
[0123]
s7：检测机器人3上装夹的是否为第四夹具ⅳ，若是则进入下一步，若否则从第四夹具放置单元tbⅳ处换取夹具；
[0124]
s8：机器人3在机床kaⅲ处等候第二压缩机壳体铣削平面工序aⅲ加工完毕，将物料转移至机床kbⅳ，执行第二压缩机壳体钻孔攻牙工序bⅳ；
[0125]
s9：检测机器人3上装夹的是否为第二夹具ⅱ，若是则进入下一步，若否则从第二夹具放置单元tbⅱ处换取夹具；
[0126]
s10：机器人3在机床kbⅱ处等候第一压缩机壳体钻孔攻牙工序bⅱ加工完毕，将物料转移至下料托盘编号为pbⅱ；
[0127]
s11：检测机器人3上装夹的是否为第一夹具ⅰ，若是则进入下一步，若否则从第一夹具放置单元taⅰ处换取夹具；
[0128]
s12：从上料托盘kaⅰ装夹第一压缩机壳体待加工物料，然后将待加工物料转移至机床kaⅰ，执行第一压缩机壳体铣削平面工序aⅰ；
[0129]
s13：检测机器人3上装夹的是否为第四夹具ⅳ，若是则进入下一步，若否则从第二夹具放置单元tbⅳ处换取夹具；
[0130]
s14：机器人3在机床kbⅳ处等候第二压缩机壳体钻孔攻牙工序bⅳ加工完毕，将物料转移至下料托盘编号为pbⅳ；
[0131]
s15：检测机器人3上装夹的是否为第三夹具ⅲ，若是则进入下一步，若否则从第三夹具放置单元taⅲ处换取夹具；
[0132]
s16：从上料托盘kaⅲ装夹第二压缩机壳体待加工物料，然后将待加工物料转移至机床kaⅲ，执行第二压缩机壳体铣削平面工序aⅲ；
[0133]
上述为机器人3一个完整的对两个产品的两道工序的动作行程，作为动作调试过程，在动作调试过程中若没有问题，则可让机器人3完成整个调试操作，若哪一个步骤出现问题，则可及时校准；同时将上述的两个工序的两种成品进行初检验，若合格则进入批量生产；若不合格则返回动作调试过程进行调试；
[0134]
由于多工序多品种生产模式是本发明中只能加工方法中最复杂的模式，其他的生产模式均较为简单，可以从多工序多品种生产模式中类推得出，整个不同模式的流程是大体一致的，只是涉及到具体的工艺参数，比如工序的加工时间的不同，机器人3的装夹与转运效率都是相同的。
[0135]
本发明可以根据生产节拍预估产量，若当前的产能可以满足期望值，则按照当前的生产单元1数目、机器人3数目、夹具数目进行配比生产，若当前的产能无法满足期望值，则需按倍数将生产单元1数目、机器人3数目、夹具数目进行配比以调整产能。
[0136]
实施例2
[0137]
如图2至图5所示为本发明一种应用如上述智能加工方法的智能加工系统的实施例，包括若干设有用于物料放置及机械加工的生产单元1、用于夹具临时放置的夹具放置单元2、可进行不同夹具的更换以抓取不同的物料并通过若干生产单元1进行物料加工的机器人3、用于使机器人3在不同的生产单元1之间来回移动的轨道4、用于控制的控制单元，机器人3与轨道4滑动连接，若干生产单元1沿着轨道4依次排列，夹具放置单元2设置在生产单元1和/或轨道4上，控制单元与生产单元1、机器人3均电连接。
[0138]
生产单元1用于物料放置及对物料进行加工生产，生产单元1可以对不同的物料或者同一物料的不同工序进行加工，具体地，生产单元1是集车削加工、铣削加工、刨削加工、磨削加工于一体的加工中心；也可以是只具有单一机加工功能的机床。夹具放置单元2用于夹具临时放置，使机器人3可以迅速完成夹具的更换工作，减小因更换夹具带来的中断性操作，进而提升工作效率。机器人3用于进行不同夹具的更换以抓取不同的物料并通过若干生产单元1进行物料加工。轨道4用于使机器人3在不同的生产单元1之间来回移动，控制单元对整个智能加工系统进行统一调控，整体控制机器人3的行程、动作及生产单元1的生产。
[0139]
本发明的智能加工系统可以实现多种生产模式的灵活切换，可满足单工序单品种生产，单工序多品种生产，多工序单品种生产，多工序多品种生产；使企业满足多样化产品生产。
[0140]
作为本发明的一个实施方式，轨道4为线形，若干生产单元1沿着轨道4两侧依次均匀排列；或轨道4为封闭的圆形或方形，若干生产单元1围绕着所述轨道4在轨道4内侧和/或外侧依次均匀排列。
[0141]
轨道4的布置方式有多种，均是为了便于机器人3在多个不同的生产单元1 之间来回移动，便于产品的加工，尽可能减少机器人3在不同的生产单元1之间的移动距离及时间，以提高生产效率。
[0142]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。