一种多工位冲压成形与成形模智能制造方法与流程

本发明属于智能制造技术领域，并可应用于模具智能制造技术综合实训教学领域，尤其涉及一种多工位冲压成形与成形模智能制造方法。

背景技术：

冲压成形属于劳动密集型产业，冲压生产车间布置大批量冲压成形机，每台冲压成形机完成一个工位的冲压成形，流水线式连续生产，工人劳动强度大，安全性差。近年来，冲压生产逐步实现自动化生产，快速送料、工业机器人送料，冲压成形机自动控制、安全防护都取得了很大进步。但是，多台设备多工位生产占用车间面积大、生产效率低、成形精度控制和联调难度大。同时，冲压成形和成形模具制造分属不同区域，模具制造和装配精度对冲压成形质量影响不能快速反馈，造成冲压新产品开发周期加长。制造业转型升级急需能实现智能加工、智能检测、智能成形一体化的多工位冲压成形与成形模智能制造方法，实现一种新的制造装备以及业态，同时，为能满足这种新装备和新业态的人才需求，也急需把多工位冲压成形与成形模智能制造方法作为智能制造复合型人才培养的综合实训教学方法，能满足教学训练的要求。

技术实现要素：

本发明是一种多工位冲压成形与成形模智能制造单元，实现智能加工、智能检测、智能成形一体化的解决方法，解决模具制造与冲压成形闭环智能联调，使得冲压成形质量问题能反馈系统，并智能修正模具。

一种多工位冲压成形与成形模智能制造方法，包括如下步骤：

(1)通过mes，根据预设的编码规则，对立体仓库的rfid标签按照仓库状态进行初始化操作；mes发出指令，机器人实现如下顺序动作，到立体仓库(a1，b1)取成形模零件，送入多轴加工中心的零点快换夹具，机器人退出，多轴加工中心启动，运行加工完成，利用在线测头进行检测，检测不合格，mes进行刀补，运行加工完成，在线检测合格，数据返回mes系统，机器人取出成形模零件送回立体仓库(a1，b1)；

(2)mes发出指令，机器人到立体仓库(a1，b1)取成形模零件，送入智能装配台，模具完成装配，装配后的成形模具通过模具传送平台送入数控成形压机工位a，数控成形压机试冲，如果冲压产品不合格，通过模具传送平台将成形模具送回智能装配台，自动拆下成形模零件，送回到立体仓库(a1，b1)，mes进行刀补，重复步骤(1)，利用多轴加工中心对成形模零件工艺尺寸进行修正，重复步骤(2)，装配模具，试冲合格中间半成品；

(3)mes发出指令，机器人到立体仓库(a2，b2)取电极坯料，送入多轴加工中心的零点快换夹具，机器人退出，多轴加工中心机启动，运行加工完成，利用在线测头进行检测，检测不合格，mes进行刀补，运行加工完成，在线检测合格，数据返回mes系统，机器人取出成型的电极零件送回立体仓库(a2，b2)；

(4)mes发出指令，机器人到立体仓库(a3，b3)取成形模零件，送入电火花成型机的零点快换夹具，机器人退出，机器人到立体仓库(a2，b2)取电极零件，送入电火花成型机的主轴夹具，电火花成型机启动，运行加工完成，机器人取电极回立体仓库(a2，b2)，机器人取成形模零件，送入图零点定位夹具，三坐标测量机对成形零件电火花成形模口尺寸进行测量，保证成形间隙在预设范围内,机器人取成形模零件回立体仓库(a3，b3)；

(5)mes发出指令，机器人到图中立体仓库(a3，b3)取成形模零件，送入智能装配台，模具完成装配为成形模具，装配后通过模具传送平台送入数控成形压机工位b，数控成形压机试冲，如果冲压产品不合格，通过模具传送平台送成形模具回智能装配台，拆下成形模零件，送回到立体仓库(a3，b3)，mes进行电火花放电补偿，重复步骤(4)，电火花成形机对成形模零件工艺尺寸进行修正，重复步骤(5)装配模具，试冲合格中间半成品；

(6)其它工位模具同上述步骤完成；

(7)机器人从立体仓库(a4,b4)取成形毛坯料，送进成形压机工位a，机器人手爪退出，成形机压机a启动并冲压成形，机器人取成形工位a的半成品成形件，放回立体仓库(a5,b5)中转位a；

(8)机器人从工具快换台取扫描仪，到立体仓库(a5,b5)中转位a处三维扫描半成品冲压件；

若不合格，根据误差，输入修补参数，模具自动调整闭合高度，机器人将扫描后的半成品冲压件放入废品箱；

若合格，则进入下一步；

(9)机器人从立体仓库(a4,b4)取成形毛坯料，送进成形压机工位a，机器人手爪退出，机器人从立体仓库(a5,b5)中转位a处取半成品冲压件，送进成形压机工位b，机器人手爪退出，成形机压机启动并冲压成形，机器人先取成形压机工位a处的半成品冲压件，放回立体仓库中转位a，后取成形压机工位b处的半成品冲压件，放回立体仓库(a6,b6)中转位b；

(10)机器人从工具快换台取扫描仪，到立体仓库(a6,b6)中转位b处三维扫描半成品冲压件；

若不合格，根据误差，输入修补参数，模具自动调整闭合高度，机器人将扫描后半成品冲压件放入废品箱；

若合格，则进入下一步；

(11)机器人从立体仓库(a4,b4)取成形毛坯料，送进成形压机工位a，机器人手爪退出，机器人从立体仓库(a5,b5)中转位a处取半成品成形件，送进成形压机工位b，机器人手爪退出，机器人从立体仓库(a6,b6)中转位b处取半成品冲压件，送进成形压机压机工位c，成形机压机启动并冲压成形，机器人先取成形压机工位a处半成品成形件，放回立体仓库(a5,b5)中转位a，后取成形压机工位b处半成品成形件，放回立体仓库(a6,b6)中转位b，再取成形压机工位c处的成品成形件，放回立体仓库(a7,b7)中转位c；

(12)机器人从工具快换台取扫描仪，到立体仓库(a7,b7)中转位c处三维扫描成品成形件，扫描后，合格，机器人将扫描后冲压件放入成品箱；

(13)以此类推，调试完成，连续进行冲压成形。

本发明中，所述mes为智能管控及设计系统，其功能模块包括工艺设计、排程管理、设备管理、测量与刀补、生产统计、系统设置、任务管理等模块，每个模块包含具体管理功能。

(1)工艺设计

根据给定的2d(dwg)文件，设计3d文件，从3d软件的设计档案中自动生成ebom、pbom和数控加工工艺文件。

(2)排程管理

排程管理模块包括手动排程、自动排程和程序管理。

1)手动排程

①根据加工和成形需要选择手动排程，生成工件的加工工序和成形工序。可对工件的每一道工序实行分步加工和成形，进行上料、下料、换料，能够自动在仓库中匹配电极。根据三坐标的检测结果，电火花成型机、加工中心等数控设备可实现返修，加工合格零件送入模具装配单元，完成智能装配，装配后模具送入成形压机工位a、工位b、工位c…。

②通过排列组合，完成零件的加工。

③可以多数量、多种类零件混流执行。

④零件加工程序通过网络自动下发给电火花成型机和加工中心等数控设备。

⑤可返修、可换料。

⑥可调节冲裁间隙、可调整成形闭合高度。

2)自动排程

可以选择自动排程，自动排程功能能够根据工艺等参数自动对订单任务进行生产加工和成形排程。排程完成后，可以结合其他模块完成订单的自动加工和成形、装配。

3)加工程序管理

①可导入加工程序，可直接通过网络下发加工程序给机床，可跟踪下发状态。

②可上传加工程序，可直接通过网络上传电火花成型机和加工中心程序到本地计算机。(适用于赛项三)

③加工程序导入后，工件可自动识别匹配的加工程序(适应工件类型的变化)，并在加工前通过网络下发机床并自动加载。

(3)设备管理

采集产线设备的数据。

1)加工中心数据采集

①采集机床工作状态，包括离线/在线、加工、空闲、报警等。

②采集轴信息，包括工作模式、进给倍率、轴位置、主轴负载、主轴速度等。

③采集机床正在执行的加工程序名称。

④采集机床的报警信息。

⑤采集机床卡盘、开关门信息。

⑥采集机床的刀具、刀补信息。

2)电火花成型机数据采集

①采集电火花成型机工作状态，包括离线/在线、加工、空闲、报警等。

②采集电火花成型机信息，包括轴位置、工作模式、工作状态等信息。

③采集电火花成型机正在执行的加工程序名称和加工条件编号。

④采集电火花成型机的报警代码信息。

⑤采集电火花成型机卡盘状态、油槽到位等信息。

3)机器人数据采集

①机器人轴位置和轴速度信息，包括关节1、关节2、关节3、关节4、关节5、关节6和第七轴。

②机器人工作状态、工作模式和运行速率等信息。

③机器人通信状态信息。

④机器人报警信息。

⑤机器人当前正加载的工程名和加载的程序名称信息。

4)数控成形(型)机数据采集

①采集机床工作状态，包括离线/在线、成形(型)、空闲、报警等。

②采集油压、速度信息等。

③采集机床的报警信息。

④采集机床开关门信息。

5)料仓管理

①物料信息设置，包括类型、场次等。

②物料信息跟踪，实时跟踪物料状态信息，包括无料，待加工，加工中，加工异常，加工完成，不合格状态。

③物料信息同步给plc和五色灯。

④有料仓盘点功能，每个仓位下拉列表可以绑定任意工件类型，每个类型的工件可以绑定多个仓位，同时该模块具有执行rfid的读写功能。

6)五色灯通信设置功能

7)料仓初始化功能

8)监控功能

①设置录像机通信参数。

②预览摄像头视频。

③截取监视图片。

④显示录像机操作信息。

(4)测量与刀补

1)刀具信息采集

实时获取机床的刀具数量，采集机床刀具数据。

2)测量数据采集

读取并显示加工中心的刀具信息，包括长度、半径、长度补偿、半径补偿等信息。

①在线测量数据采集

显示工件的尺寸信息和刀具补偿信息，在加工中心的工件加工完成之后，可以查看工件的理论值和实际值之间的误差。

②三坐标测量数据采集

a)能够通过3d设计软件进行三坐标测量点的设计，并生成测量程序，自动执行测量后，能够采集三坐标的测量结果。

b)三坐标测量完成后能通过网络输出待检工件的测量数据并对比测量参数，判断检测是否合格，自动生成测量报告，并在管控软件内可查看零件对应的测量报告。

c)具备测量历史数据记录功能，能查看每一个加工工件的测量数据、测量结果、测量时间等信息，便于选手分析测量数据和加工趋势，测量对象包括实测值、名义值、上偏差、下偏差等。

d)具备测量公差定义功能，可以设置不同零件类型的公差，自动获取三坐标测量值后，进行理论尺寸、公差值的对比，自动分析测量结果。

e)显示工件的尺寸信息和刀具补偿信息，在加工中心的工件加工完成之后，可以查看工件的理论值和实际值之间的误差。

3)返修

显示工件的尺寸信息和刀具补偿信息，在加工中心的工件加工完成之后，可以查看工件的理论值和实际值之间的误差，再决定进行返修还是加工完成；若需要进行返修，先决定对应的刀补，写入系统中后，再进行返修操作。

4)质量追溯功能

能够对每一个零件的加工过程进行追溯，追溯的内容包括每一个零件的加工工序、测量数据、测量结果，测量的良率和不良率等信息。

(5)生产统计

1)生产数据统计

①单个零件的生产件数统计，零件的合格、不合格、异常个数占比统计等。

②多个零件综合生产件数统计，零件的合格、不合格、异常个数占比统计等。

2)看板

①加工中心监视看板，包括机床在线状态、机床工作状态(空闲、运行、报警)、轴位置、轴速度、主轴负载。

②电火花成型机监视看板，包括电火花成型机的在线状态、轴位置、加工状态、当前加工程序和报警代码等信息。

③机器人看板，包括机器人在线状态、机器人工作状态(空闲、运行、报警)、轴位置等信息。

④料仓看板，包括料仓物料信息、工件状态。

⑤生产统计看板，包括加工件数、合格率、设备的稼动率等。

⑥测量结果分析报告和看板，可以将三坐标测量、扫描质量等结果生成测量分析报告并显示。

⑦看板呈现形式要符合实际生产要求。

(6)系统设置

1)网络拓扑图设置

①图形化显示产线网络拓补图。

②可配置各设备通信参数。

2)网络验证

①机床和电火花成型机通信测试，通过采集卡盘、开关门、主轴转速等信息，手动派发并加载加工程序，验证机床和电火花成型机通信是否正常。(电火花成型机适用于赛项三)

②机器人通信测试，通过采集机器人位置信息，验证机器人通信是否正常。

③料仓通信测试，通过设置料仓的状态和五色灯，验证料仓通信是否正常。

④三坐标通信测试，通过试测毛坯件或试切件的外形尺寸，验证三坐标通信是否正常。

⑤3d扫描仪通信测试，通过扫描毛坯件或试切件的外形尺寸，验证3d扫描仪通信是否正常。

3)日志

记录软件的操作信息。

(7)任务管理

1)可以在任务接收模块中，直接获订单、图纸等任务文件。

2)可以向服务器上传文件材料(包括图纸、pdf格式工艺卡等文件)。

多工位冲压成形与成形模智能制造单元，是将冲压成形机、模具精密测量机和装备、模具加工设备、工业机器人、数据信息采集设备、模具装调设备等形成“硬件”系统，结合智能化控制技术、高效加工技术、工业物联网技术、rfid数字信息技术和工业工程技术等形成“软件”系统，实现智能加工、智能检测、智能成形一体化生产线。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明实现了智能加工、智能检测、智能成形的一体化，解决了模具制造与冲压成形闭环智能联调，使得冲压成形质量问题能反馈系统，并智能修正模具。本发明的方法所用的设备车间占用面积小、生产效率高、成形精度控制和联调难度得到了有效降低。

附图说明

图1为本发明的多工位冲压成形与成形模智能制造单元原理图。

图2为本发明中mes管控功能模块图。

图3为本发明中mes管控生产流程图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

图1为多工位冲压成形与成形模智能制造单元原理图，主要由17个部分组成，安全防护系统1，数控成形机机2，电火花成型机3，三坐标测量机4，工具台5，多轴联动数控加工中心6，工具快换台7，立体仓库8，六轴机器人9，智能看板10，清洗干燥系统11，伺服一维行走轴12，智能模具装配台13，模具传送平台14，智能管控及设计系统15，plc电气控制系统16，机器人控制柜17。

一种多工位冲压成形与成形模智能制造方法，包括如下步骤：

(1)通过mes，根据预设的编码规则，对立体仓库的rfid标签按照仓库状态进行初始化操作；mes发出指令，机器人实现如下顺序动作，到立体仓库(a1，b1)取成形模零件，送入多轴加工中心的零点快换夹具，机器人退出，多轴加工中心启动，运行加工完成，利用在线测头进行检测，检测不合格，mes进行刀补，运行加工完成，在线检测合格，数据返回mes系统，机器人取出成形模零件送回立体仓库(a1，b1)；

(2)mes发出指令，机器人到立体仓库(a1，b1)取成形模零件，送入智能装配台，模具完成装配，装配后的成形模具通过模具传送平台送入数控成形压机工位a，数控成形压机试冲，如果冲压产品不合格，通过模具传送平台将成形模具送回智能装配台，自动拆下成形模零件，送回到立体仓库(a1，b1)，mes进行刀补，重复步骤(1)，利用多轴加工中心对成形模零件工艺尺寸进行修正，重复步骤(2)，装配模具，试冲合格中间半成品；

(3)mes发出指令，机器人到立体仓库(a2，b2)取电极坯料，送入多轴加工中心的零点快换夹具，机器人退出，多轴加工中心机启动，运行加工完成，利用在线测头进行检测，检测不合格，mes进行刀补，运行加工完成，在线检测合格，数据返回mes系统，机器人取出成型的电极零件送回立体仓库(a2，b2)；

(4)mes发出指令，机器人到立体仓库(a3，b3)取成形模零件，送入电火花成型机的零点快换夹具，机器人退出，机器人到立体仓库(a2，b2)取电极零件，送入电火花成型机的主轴夹具，电火花成型机启动，运行加工完成，机器人取电极回立体仓库(a2，b2)，机器人取成形模零件，送入图零点定位夹具，三坐标测量机对成形零件电火花成形模口尺寸进行测量，保证成形间隙是0.1-0.2mm,机器人取成形模零件回立体仓库(a3，b3)；

(5)mes发出指令，机器人到图中立体仓库(a3，b3)取成形模零件，送入智能装配台，模具完成装配为成形模具，装配后通过模具传送平台送入数控成形压机工位b，数控成形压机试冲，如果冲压产品不合格，通过模具传送平台送成形模具回智能装配台，拆下成形模零件，送回到立体仓库(a3，b3)，mes进行电火花放电补偿，重复步骤(4)，电火花成形机对成形模零件工艺尺寸进行修正，重复步骤(5)装配模具，试冲合格中间半成品；

(6)其它工位模具同上述步骤完成；

(7)机器人从立体仓库(a4,b4)取成形毛坯料，送进成形压机工位a，机器人手爪退出，成形机压机a启动并冲压成形，机器人取成形工位a的半成品成形件，放回立体仓库(a5,b5)中转位a；

(8)机器人从工具快换台取扫描仪，到立体仓库(a5,b5)中转位a处三维扫描半成品冲压件；

若不合格，根据误差，输入修补参数，模具自动调整闭合高度，机器人将扫描后的半成品冲压件放入废品箱；

若合格，则进入下一步；

(9)机器人从立体仓库(a4,b4)取成形毛坯料，送进成形压机工位a，机器人手爪退出，机器人从立体仓库(a5,b5)中转位a处取半成品冲压件，送进成形压机工位b，机器人手爪退出，成形机压机启动并冲压成形，机器人先取成形压机工位a处的半成品冲压件，放回立体仓库中转位a，后取成形压机工位b处的半成品冲压件，放回立体仓库(a6,b6)中转位b；

(10)机器人从工具快换台取扫描仪，到立体仓库(a6,b6)中转位b处三维扫描半成品冲压件；

若不合格，根据误差，输入修补参数，模具自动调整闭合高度，机器人将扫描后半成品冲压件放入废品箱；

若合格，则进入下一步；

(11)机器人从立体仓库(a4,b4)取成形毛坯料，送进成形压机工位a，机器人手爪退出，机器人从立体仓库(a5,b5)中转位a处取半成品成形件，送进成形压机工位b，机器人手爪退出，机器人从立体仓库(a6,b6)中转位b处取半成品冲压件，送进成形压机压机工位c，成形机压机启动并冲压成形，机器人先取成形压机工位a处半成品成形件，放回立体仓库(a5,b5)中转位a，后取成形压机工位b处半成品成形件，放回立体仓库(a6,b6)中转位b，再取成形压机工位c处的成品成形件，放回立体仓库(a7,b7)中转位c；

(12)机器人从工具快换台取扫描仪，到立体仓库(a7,b7)中转位c处三维扫描成品成形件，扫描后，合格，机器人将扫描后冲压件放入成品箱；

(13)以此类推，调试完成，连续进行冲压成形。

图2出示了本发明的mes管控功能模块图，图3出示了本发明的mes管控生产流程图，其中，成型零件1、2、3指代成型模零件，成型模具1、2、3指代3个成型工序中的3个成形模具。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。