腕臂的加工方法和系统与流程

本发明涉及自动生产线技术领域，具体涉及一种腕臂的加工方法和一种腕臂的加工系统。

背景技术：

腕臂作为接触网支持装置的主要结构，是接触网的重要组成部分。目前对于腕臂的加工虽然也借助较多的加工设备，但在装配等工艺流程中人工工作量依然很大，自动化和智能化水平仍有待提高。并且，目前的腕臂加工，一般是将长度较长的胚管截成所需的腕臂管，并对腕臂管进行进一步处理和装配从而得到所需的腕臂，在腕臂的加工过程中，作为原材料的胚管在截成腕臂管后大多存在余料较多的缺陷，原材料浪费比较严重。

技术实现要素：

本发明为解决目前腕臂加工自动化智能化水平低、原材料浪费的技术问题，提供了一种腕臂的加工方法和一种腕臂的加工系统。

本发明采用的技术方案如下：

一种腕臂的加工方法，包括：获取胚管的长度和腕臂成套数据，其中，所述腕臂成套数据包括所要加工的腕臂的数量、每个所要加工的腕臂的长度和每个所要加工的腕臂的装配信息，其中，所述装配信息包括所要装配的工件、每个工件的位置和角度；根据所述胚管的长度、所要加工的腕臂的数量和每个所要加工的腕臂的长度规划每个胚管的腕臂管切割数量、腕臂管切割长度，并根据每个所要加工的腕臂的装配信息规划每个腕臂管的装配工艺流程；根据规划的每个胚管的腕臂管切割数量、腕臂管切割长度和每个腕臂管的装配工艺流程生成对多个执行机构的控制指令；根据所述控制指令控制相应的执行机构对所述胚管进行切割，并控制相应的执行机构对切割得到的腕臂管进行装配，以得到所要加工的腕臂。

根据所述胚管的长度、所要加工的腕臂的数量和每个所要加工的腕臂的长度规划每个胚管的腕臂管切割数量、腕臂管切割长度，具体包括：根据所述胚管的长度、所要加工的腕臂的数量和每个所要加工的腕臂的长度获取腕臂管切割数量、腕臂管切割长度组合，并选择使得胚管切割余料最少的组合来确定每个胚管的腕臂管切割数量、腕臂管切割长度。

所述执行机构包括：位于胚管上料设备工位的推料机和上料电机；位于胚管切割钻孔打磨设备工位的切割机头、打磨电机、钻孔电机和胚管送料定位伺服机构；位于腕臂管输送喷码工位的喷码机和腕臂管喷码定位卡盘；位于腕臂管配件上料工位的配件上料机械手夹手、配件上料装配定位气缸和装配配件上料机械手伺服组；位于腕臂管配件装配工位的装配夹紧控制机构和装配拧螺丝伺服组；腕臂管传送机构，所述腕臂管传送机构包括腕臂管传送机械手夹手、腕臂管传送桁架机械手伺服组1、腕臂管传送桁架机械手伺服组2和腕臂管传送定位卡盘，其中，所述腕臂管配件装配工位包括多个子工位，所述多个子工位分别处于不同位置。

根据每个所要加工的腕臂的装配信息规划每个腕臂管的装配工艺流程，具体包括：根据每个所要加工的腕臂所要装配的工件、每个工件的位置、角度和所述多个子工位的位置确定参与装配的子工位，并确定参与装配的子工位的装配顺序。

对应每个功能工位和所述腕臂管传送机构分别设置一个plc(programmablelogiccontroller，可编程逻辑控制器)模块，每个plc模块通过通信线与控制中心进行通信以接收所述控制指令。

所述的腕臂的加工方法还包括：在装配过程中通过所述通信线实时获取拧螺丝电机扭矩值，以实时控制螺杆或螺帽的装配扭矩。

所述的腕臂的加工方法还包括：获取腕臂管的当前位置；根据腕臂管的当前位置确定所述腕臂管喷码定位卡盘、所述腕臂管传送定位卡盘和桁架的移动量。

其中，当腕臂管的管尾位于所述腕臂管喷码定位卡盘后方时，计算所述腕臂管喷码定位卡盘的移动量以控制所述腕臂管喷码定位卡盘移动；当腕臂管的管头与目标位置的距离大于0时，根据腕臂管的管头位置计算桁架的最大行程、所述腕臂管传送定位卡盘的最大行程，并计算最大行程较大的桁架或腕臂管传送定位卡盘的移动量以控制所述桁架或腕臂管传送定位卡盘移动；当腕臂管的管头与目标位置的距离小于等于0时，计算所述桁架的移动量以控制所述桁架移动，并在腕臂管需要旋转时控制所述腕臂管传送定位卡盘旋转。

一种腕臂的加工系统，包括控制中心和多个执行机构，其中，所述控制中心获取胚管的长度和腕臂成套数据，其中，所述腕臂成套数据包括所要加工的腕臂的数量、每个所要加工的腕臂的长度和每个所要加工的腕臂的装配信息，并根据所述胚管的长度和所述腕臂成套数据规划每个胚管的腕臂管切割数量、腕臂管切割长度和每个腕臂管的装配工艺流程，以及根据规划的每个胚管的腕臂管切割数量、腕臂管切割长度和每个腕臂管的装配工艺流程生成对所述多个执行机构的控制指令，并根据所述控制指令控制相应的执行机构对所述胚管进行切割，以及控制相应的执行机构对切割得到的腕臂管进行装配，以得到所要加工的腕臂。

所述控制中心包括总控制台、现场电气柜和各功能工位控制柜。

本发明的有益效果：

本发明通过根据胚管的长度和腕臂成套数据规划每个胚管的腕臂管切割数量、腕臂管切割长度和每个腕臂管的装配工艺流程，并据此生成控制指令，以及根据控制指令控制相应的执行机构对胚管进行切割，并控制相应的执行机构对切割得到的腕臂管进行装配，以得到所要加工的腕臂，由此，能够方便地实现腕臂切割、装配的规划与实施，提高腕臂加工的自动化和智能化水平，并且，通过腕臂切割的规划能够有效减少胚管的切割余料，减少原材料浪费。

附图说明

图1为本发明实施例的腕臂的加工方法的流程图；

图2为本发明一个实施例的不同种类的腕臂结构示意图；

图3为本发明一个实施例的腕臂的加工系统的结构示意图；

图4为本发明一个实施例的腕臂的加工系统中位置轴布置形式及参数零点示意图；

图5为本发明一个具体实施例的腕臂的加工方法的流程图；

图6为本发明一个具体实施例的腕臂管切割数量长度规划方法的流程图；

图7为本发明一个具体实施例的卡盘和桁架的决策算法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明的腕臂的加工方法包括：

s1，获取胚管的长度和腕臂成套数据，其中，腕臂成套数据包括所要加工的腕臂的数量、每个所要加工的腕臂的长度和每个所要加工的腕臂的装配信息，其中，装配信息包括所要装配的工件、每个工件的位置和角度。

应当理解的是，不同种类的腕臂，装配信息不同。在实际实施过程中，腕臂种类可与装配信息进行关联。在本发明的一个实施例中，如图2所示，所要加工的腕臂有三种类型。其中，腕臂1为平腕臂，腕臂2与腕臂3为不同种类的斜腕臂，腕臂1要装配一个承力索座、一个套管双耳和一个支撑卡子，腕臂2要装配一个套管双耳和两个支撑卡子，腕臂3要装配一个套管双耳和三个支撑卡子。并且，每种腕臂的各个工件在各自的腕臂轴向上具有预设的角度，每种腕臂的各个工件之间、各个工件与腕臂一端之间均具有预设的距离。

s2，根据胚管的长度、所要加工的腕臂的数量和每个所要加工的腕臂的长度规划每个胚管的腕臂管切割数量、腕臂管切割长度，并根据每个所要加工的腕臂的装配信息规划每个腕臂管的装配工艺流程。

上述的所要加工的腕臂的数量即为腕臂管的总的切割数量，胚管的长度和每个所要加工的腕臂的长度则决定了每个胚管所能够切割得到的腕臂管的数量和腕臂管的切割长度，每个所要加工的腕臂的装配信息则决定了腕臂管的装配工艺流程。

在本发明的一个实施例中，所要加工的腕臂不仅装配信息不尽相同，长度也不尽相同。例如，所要加工的腕臂可包括不同长度和不同装配方式的平腕臂和斜腕臂。因此，需针对不同长度和不同装配方式的腕臂来规划每个腕臂管的装配工艺流程，并可基于胚管切割余料的多少来规划胚管所切割得到的多个腕臂管的数量和长度。

在本发明的一个实施例中，具体可根据胚管的长度、所要加工的腕臂的数量和每个所要加工的腕臂的长度获取腕臂管切割数量、腕臂管切割长度组合，并选择使得胚管切割余料最少的组合来确定每个胚管的腕臂管切割数量、腕臂管切割长度。举例而言，如果胚管的长度为12m，所要加工的腕臂为5个，其中两个长度6m、三个长度4m，则腕臂管切割数量、腕臂管切割长度组合有，第一组合：胚管a切割出2个6m腕臂管、胚管b切割出3个4m腕臂管；第二组合：胚管a切割出1个6m腕臂管和1个4m腕臂管、胚管b切割出1个6m腕臂管和1个4m腕臂管、胚管c切割出1个4m腕臂管；……而上述的第一组合切割余料最少，为0m，因此可选择上述的第一组合中的数量和长度数据来对胚管进行切割。

在本发明的一个实施例中，腕臂管配件装配工位包括多个子工位，多个子工位分别处于不同位置。具体可根据每个所要加工的腕臂所要装配的工件、每个工件的位置、角度和多个子工位的位置确定参与装配的子工位，并确定参与装配的子工位的装配顺序。

s3，根据规划的腕臂管的切割数量、切割长度和装配工艺流程生成对多个执行机构的控制指令。

s4，根据控制指令控制相应的执行机构对胚管进行切割，并控制相应的执行机构对切割得到的腕臂管进行装配，以得到所要加工的腕臂。

本发明的还提出一种腕臂的加工系统，包括控制中心和多个执行机构。上述的腕臂的加工方法可由该腕臂的加工系统实施。其中，控制中心获取胚管的长度和腕臂成套数据，并根据胚管的长度和腕臂成套数据规划每个胚管的腕臂管切割数量、腕臂管切割长度和每个腕臂管的装配工艺流程，以及根据规划的每个胚管的腕臂管切割数量、腕臂管切割长度和每个腕臂管的装配工艺流程生成对多个执行机构的控制指令，并根据控制指令控制相应的执行机构对胚管进行切割，以及控制相应的执行机构对切割得到的腕臂管进行装配，以得到所要加工的腕臂。

在本发明的一个具体实施例中，如图3所示，控制中心可包括处于切管规划层的总控制台和处于现场控制层的现场电气柜，控制中心还可包括处于设备执行层的各功能工位控制柜。总控制台包括触摸屏、工控机和以太网网关，总控制台还分别通过以太网和手持器、远程3d监控pc进行通信。现场电器柜包括总线式运动控制器和电压变换器。总控制台和现场电气柜也通过以太网进行通信。如图3所示，对应每个功能工位和腕臂管传送机构分别设置一个plc模块，即plc1至plc6模块，plc模块可设置于各功能工位控制柜中。每个plc模块通过通信线与控制中心进行通信以接收控制指令。在本发明的一个具体实施例中，通信线为miii总线。在本发明的其他实施例中，通信线还可为其他类型的总线。胚管的长度和腕臂成套数据可输入总控制台的工控机，工控机规划每个胚管的腕臂管切割数量、腕臂管切割长度和每个腕臂管的装配工艺流程，并生成控制指令，以及将控制指令通过以太网传输至总线式运动控制器，总线式运动控制器可通过miii总线将控制指令传输至各个plc模块。

如图3所示，执行机构处于现场控制层，执行机构包括：位于胚管上料设备工位的推料机和上料电机；位于胚管切割钻孔打磨设备工位的切割机头、打磨电机、钻孔电机和胚管送料定位伺服机构；位于腕臂管输送喷码工位的喷码机和腕臂管喷码定位卡盘；位于腕臂管配件上料工位的配件上料机械手夹手、配件上料装配定位气缸和装配配件上料机械手伺服组；位于腕臂管配件装配工位的装配夹紧控制机构和装配拧螺丝伺服组；腕臂管传送机构，腕臂管传送机构包括腕臂管传送机械手夹手、腕臂管传送桁架机械手伺服组1、腕臂管传送桁架机械手伺服组2和腕臂管传送定位卡盘。

在本发明的一个具体实施例中，如图3所示，腕臂管配件上料工位和腕臂管配件装配工位均包括子工位1#、2#、3#和4#工位，1#、2#、3#和4#工位分别用以装配不同的工件。

在本发明的一个具体实施例中，如图4所示，切割机头的锯片可位于零点处，钻孔电机和驱动的钻头、打磨电机驱动的修盘、喷码机的喷枪、1#、2#、3#和4#工位可分别距零点处l1、l2、l3、l4、l5、l6、l7顺次排布。由此，可根据锯片位置和当前所要切割得到的腕臂管的长度驱动胚管到达合适位置以进行切割。在切割得到腕臂管后，可根据钻头位置和当前所要加工的腕管上钻孔的位置驱动腕臂管到达合适位置以进行钻孔，然后通过修盘对切割面进行打磨，再根据喷枪位置和当前所要加工的腕管上喷码的位置驱动腕臂管到达合适位置以进行喷码。接下来进入装配工艺流程，其中，可根据1#、2#、3#和4#工位与零点处之间的尺寸、每个所要加工的腕臂所要装配的工件、每个工件的位置，即与预设点例如腕臂一端之间的尺寸选择参与装配的子工位。举例而言，上述图3中的腕臂1可由1#、2#、3#工位进行装配，腕臂2可由2#、3#、4#工位进行装配。在确定参与装配的子工位后，可进一步根据上述的工位尺寸与工件尺寸选择参与装配的子工位的装配顺序，满足移动无障碍和移动距离最短等限制条件。

在本发明的一个实施例中，在装配过程中还可通过通信线实时获取拧螺丝电机扭矩值，以实时控制螺杆或螺帽的装配扭矩。即可实时测量拧螺丝电机的扭矩值，并通过通信线实时上传至总线式运动控制器，以及通过以太网上传至工控机，工控机可根据当前的拧螺丝电机的扭矩值生成调整指令，并将指令最终传输至装配拧螺丝伺服组以对拧螺丝电机的扭矩值进行实时调整。由此，能够精确地控制装配扭矩，提高装配质量。

在本发明的一个具体实施例中，如图5所示，腕臂的加工方法可包括以下步骤：将腕臂成套数据通过excel表导入到工控机中；根据胚管长度和成套数据表规划腕臂管切割数量及腕臂管长度(满足胚管废料最少)；根据腕臂管和成套数据表装配信息规划腕臂管装配工艺流程(满足位置轴规划原则)；在确认规划后通过胚管送料定位伺服将胚管送入到指定长度位置；控制切割机头上下进行切割作业；通过腕臂管喷码定位伺服将腕臂管定位到指定喷码起始位置，其中，喷码位置可为多个，即可多次通过腕臂管喷码定位伺服将腕臂管定位到对应的指定喷码起始位置；控制喷码机和喷码定位伺服匀速运动，执行喷码作业；喷码定位伺服将腕臂管送入到腕臂管配件装配工位；进行1#2#3#工位的装配或2#3#4#工位的装配，即可通过对1#至4#工位的分组，每次装配三个位置的工件；在进行每组工位的装配时，装配配件上料机械手伺服组工作，配件上料机械手夹手抓取配件到装配工位上；腕臂管传送机械手将腕臂管穿过该组工位；判断是否到达该组的各装配位；如果到达则该组的各装配拧螺丝伺服组进行装配作业，进行扭矩控制；判断腕臂管装配是否完毕；如果完毕则腕臂管传送桁架机械手通过伺服组2进行下料操作；判断成套数据是否加工完毕；如果未加工完毕则返回上述确认规划、送料前的步骤继续进行加工；如果加工完毕则结束流程。

在本发明的一个具体实施例中，如图6所示，腕臂管切割数量、腕臂管切割长度规划可包括以下步骤：将腕臂成套数据通过excel表导入到工控机中；用户设置首段胚管的加工长度，并设定正常加工管长参数；当调用最省料规划算法时，遍历成套数据组合，并计算各腕臂管规划长度组合，使得胚管切割余料最小；当调用最省料平斜配对规划算法时，遍历成套数据组合，并找出平斜组合腕臂管，计算各平斜两腕臂管规划长度组合，使得胚管切割余料最小；最后将腕臂管数据用图表的方式显示规划结果。

此外，本发明的腕臂加工方法，还包括卡盘和桁架的决策算法，以确定选用哪个工具执行行走最大行程。具体地，在切割出腕臂管后，可获取腕臂管的当前位置，并根据腕臂管的当前位置确定腕臂管喷码定位卡盘、腕臂管传送定位卡盘和桁架的移动量。其中，当腕臂管的管尾位于腕臂管喷码定位卡盘后方时，计算腕臂管喷码定位卡盘的移动量以控制腕臂管喷码定位卡盘移动；当腕臂管的管头与目标位置的距离大于0时，根据腕臂管的管头位置计算桁架的最大行程、腕臂管传送定位卡盘的最大行程，并计算最大行程较大的桁架或腕臂管传送定位卡盘的移动量以控制桁架或腕臂管传送定位卡盘移动；当腕臂管的管头与目标位置的距离小于等于0时，计算桁架的移动量以控制桁架移动，并在腕臂管需要旋转时控制腕臂管传送定位卡盘旋转。

在本发明的一个具体实施例中，如图7所示，卡盘和桁架的决策算法包括以下步骤：判断腕臂管喷码定位卡盘在正极限的管尾剩余量是否大于0；如果是，则计算腕臂管喷码定位卡盘的移动量；如果否，则获取管头与目标位置的距离、管尾位置；判断管头与目标位置的距离是否大于0；如果距离小于等于0，则计算桁架的移动量，然后判断是否需要旋转，在需要旋转时计算腕臂管传送定位卡盘夹住管尾移动量，并腕臂管传送定位卡盘旋转；如果距离大于0，则计算管头所处位置，工位1234#现在抬起状态；根据管头位置计算此次桁架的最大行程；根据管头位置计算此次腕臂管传送定位卡盘的最大行程，同时确定腕臂管传送定位卡盘与工位间是否有障碍，是否有接手等；比较二者谁的行程最大，谁能满足行程；确定行程最大的工具，并计算该工具的移动量，当桁架和腕臂管传送定位卡盘同时满足条件时，腕臂管传送定位卡盘具有较高优先级。

综上所述，本发明通过根据胚管的长度和腕臂成套数据规划每个胚管的腕臂管切割数量、腕臂管切割长度和每个腕臂管的装配工艺流程，并据此生成控制指令，以及根据控制指令控制相应的执行机构对胚管进行切割，并控制相应的执行机构对切割得到的腕臂管进行装配，以得到所要加工的腕臂，由此，能够方便地实现腕臂切割、装配的规划与实施，提高腕臂加工的自动化和智能化水平，并且，通过腕臂切割的规划能够有效减少胚管的切割余料，减少原材料浪费。

在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

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。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。

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。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。