CN204504862U - 一种工业机器人柔性加工单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种工业机器人柔性加工单元，包括机器人、环状设置在机器人四周的自动料仓和数控机床组、设置在数控机床组之间的在线检测装置、设置在自动料仓一侧的安全防护装置、设置在安全防护装置外侧的控制装置，机器人、自动料仓、数控机床组、在线检测装置均与控制装置连接，数控机床组包括第一数控机床、第二数控机床、第三数控机床；控制装置包括设置在安全防护装置外侧的控制台、均设置在控制台上的上位机和I/O控制器，上位机上设置有集线器，I/O控制器包括总控PLC和与总控PLC连接的I/O模块。本实用新型利用信息网络技术将生产单元连接到一起，具有生产效率高，实时刀具磨损补偿产品精度好，安全性能高的优点。

Description

一种工业机器人柔性加工单元

技术领域

本实用新型涉及一种工业机器人柔性加工单元，特别是一种加工电机工件的工业机器人柔性加工单元，属于工业机器人加工技术领域。

背景技术

近年来，我国装备制造业中工业机器人得到了广泛应用，如在毛坯制造(冲压、压铸、锻造等)、上下料、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、装配、检测及码垛等作业中，都有了使用工业机器人代替人工的成功案例。可以预见，装备制造业将成为继汽车行业后的又一大工业机器人应用领域。

基于工业机器人的自动加工单元，是装备制造业从传统生产模式向工业自动化转型的第一步。在此基础上运用信息技术和网络技术，将所有自动加工单元连接到一起而形成的大型自动化生产线是高端装备的典型代表，是发展先进制造技术实现生产线的数字化、网络化和智能化的重要手段，是实现产业结构优化升级和“两化融合”的基础，其最大优势在于解决生产的高效性和一致性问题。

现有电机工件的加工、组装及包装均是由人工操作数控机床进行，加工精度差，人工操作量大且不安全，而且生产规模也非常有限，各加工单元之间也没有运用信息技术和网络技术连接到一起而形成的大型自动化生产线。为扩大生产规模，提高生产质量、生产能力和生产效率，很有必要研发一种利用信息网络技术将工业机器人与数控机床结合在一起的电机工件大型自动化生产线。

实用新型内容

本实用新型提出一种工业机器人柔性加工单元，解决了现有技术中电机工件加工精度差，人工操作量大且不安全，生产规模有限，各加工单元之间没有运用信息网络技术连接到一起的技术问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种工业机器人柔性加工单元，包括机器人、环状设置在所述机器人四周的自动料仓和数控机床组、设置在所述数控机床组之间的在线检测装置、设置在所述数控机床组一侧的控制装置，所述机器人、所述自动料仓、所述数控机床组、所述在线检测装置均与所述控制装置连接。所述数控机床组包括封闭设置在所述机器人四周的第一数控机床、第二数控机床、第三数控机床。

作为进一步的技术方案，所述控制装置包括控制台、均设置在所述控制台上的上位机和I/O控制器，所述上位机上设置有集线器，所述I/O控制器包括总控PLC和与所述总控PLC连接的I/O模块。

作为进一步的技术方案，所述第一数控机床、所述第二数控机床、所述第三数控机床、所述总控PLC通过TCP/IP方式与所述集线器连接。

作为进一步的技术方案，所述在线检测装置通过RS485方式与所述上位机连接。

作为进一步的技术方案，所述机器人、所述自动料仓与所述I/O模块连接。

作为进一步的技术方案，还包括设置在所述自动料仓一侧的安全防护装置，所述安全防护装置包括安全围栏、设置在所述安全围栏上的安全门、设置在所述安全门上且与所述I/O模块连接的电气机械锁和声光报警器。

作为进一步的技术方案，还包括设置在所述自动料仓旁的抽检装置，所述抽检装置包括设置在所述自动料仓一侧的抽检传送带，所述抽检传送带一端设置有通过RS485方式与所述上位机连接的离线检测装置。

作为进一步的技术方案，所述自动料仓包括料仓底座、设置在所述料仓底座上的料仓转盘、圆周设置在所述料仓转盘上的料仓工位、设置在所述料仓底座上且靠近所述料仓工位的毛坯件上料装置和成品件下料装置。

作为进一步的技术方案，所述机器人包括落地设置安装的机器人底座、设置在所述机器人底座上的机器人手爪。

本实用新型有益效果为：

1、采用“岛式”加工单元集高效生产、稳定运行、节约空间等优势于一体，适合于各种空间场合进行作业，特别是常见的狭窄空间场合的作业。

2、各加工单元之间也运用信息技术和网络技术连接到一起而形成自动化生产线，扩大了生产规模，提高了生产质量、生产能力和生产效率。

3、在线检测加工工件的尺寸精度，根据数据结果进行实时刀具磨损补偿，从而保证了加工精度，且在线检测在数控机床外部进行不占用数控机床加工时间，不受数控机床本身精度影响，生产效率高，检测精度好。

4、工件的加工过程都处在安全围栏内部进行，整个作业区为封闭无人区，具有操作安全的优点，声光报警器作为整线安全防护装置的安全***辅助工具，能够在设备起停、故障、换料、上下料故障以及设备报警等各种异常状况发生时及时通知操作人员处理，具有安全性高的优点。

5、所有生产信息可通过网络进行传送，管理者可远程实时监控自动加工单元的运行情况，并且所有生产数据历史生产数据自动记录，通过网络可随时调阅，大大方便了生产管理。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型控制结构框线图；

图3为本实用新型工作流程图。

图中：1-机器人，11-机器人底座，12-机器人手爪，2-自动料仓，21-料仓底座，22-料仓转盘，23-料仓工位，24-毛坯件上料装置，25-成品件下料装置，3-数控机床组，31-第一数控机床，32-第二数控机床，33-第三数控机床，4-在线检测装置，5-安全防护装置，51-安全围栏，52-安全门，53-电气机械锁，54-声光报警器，6-控制装置，61-控制台，62-上位机，63-I/O控制器，631-总控PLC，632-I/O模块，64-集线器，7-抽检装置，71-抽检传送带，72-离线检测装置。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1～图2所示，本实用新型提出的一种工业机器人柔性加工单元一个实施例，其包括：

机器人1、环状设置在机器人1四周的自动料仓2和数控机床组3、设置在数控机床组3之间的在线检测装置4、设置在数控机床组3一侧的控制装置6，机器人1、自动料仓2、数控机床组3、在线检测装置4均与控制装置6连接。数控机床组3包括设置在机器人1四周的第一数控机床31、第二数控机床32、第三数控机床33，三个数控机床均为数控柔性加工机床，可以根据需要自动更换刀具和夹具，加工不同的工件。

机器人1为型号JL020的一台六轴关节型搬运工业机器人，数控机床组3为型号CK40的斜床身数控机床，其中第三数控机床33采用可自动定心的高精度液压芯轴(回转精度0.003mm)作为夹持单元，用来满足工件翻面加工同轴度高(0.012mm)的要求。整个自动化加工单元采用“岛式”结构进行布置，机器人1采用落地式安装，以机器人1为中心，数控机床组3、自动料仓2和在线检测装置4围绕机器人1做环状布置，由机器人1进行设备间的工件转送，“岛式”加工单元集高效生产、稳定运行、节约空间等优势于一体，适合于各种空间场合进行作业，特别是常见的狭窄空间场合的作业。

控制装置6包括控制台61、均设置在控制台61上的上位机62和I/O控制器63，上位机62上设置有集线器64，I/O控制器63包括总控PLC631和与总控PLC631连接的I/O模块632。

第一数控机床31、第二数控机床32、第三数控机床33、总控PLC631通过TCP/IP方式与集线器64连接，在线检测装置4通过RS485方式与上位机62连接，机器人1、自动料仓2与I/O模块632连接。

在线检测装置4用来检测加工工件中间轴承孔位和带O型圈槽止口的尺寸精度，并将数据编号后发送给上位机62，再由上位机62反馈给对应数控机床的数控***，数控***根据接收到的数据进行实时刀具磨损补偿，来保证下一个工件的加工精度。工件检测结果如果在要求的公差范围之内则认定合格，如果检测结果不合格，则***发出警报，通知工作人员对相应数控机床进行检查，避免成批量次品的产生，并且检测动作在数控机床外部进行，不占用数控机床加工时间，不受数控机床本身精度影响，生产效率高，检测精度好。

实施例还包括设置在自动料仓2一侧的安全防护装置5、安全防护装置5包括将设备围挡起来的安全围栏51、设置在安全围栏51上的安全门52、设置在安全门52上且与I/O模块632连接的电气机械锁53和声光报警器54。

声光报警器54作为整线安全防护装置5的安全***辅助工具，能够在设备起停、故障、换料、上下料故障以及设备报警等各种异常状况发生时及时通知操作人员处理。工件的加工过程都处在安全围栏51内部，整个作业区为封闭无人区，任何人想进入该区域只能通过安全门52。安全门52通过与I/O模块632连接的电气机械锁53与总控PLC631锁定，从而检测安全门52的开闭状态。安全门52打开时，机器人急停，防止发生人员伤害事故。总控PLC631的急停信号，数控机床组3、机器人1、自动料仓2及在线检测装置4的安全连锁信号都连入总控PLC631，通过总控PLC631的程序进行互锁控制。

实施例还包括设置在自动料仓2旁的抽检装置7，抽检装置7包括设置在自动料仓2一侧的抽检传送带71，抽检传送带71一端设置有通过RS485方式与上位机62连接的离线检测装置72。

自动料仓2包括料仓底座21、设置在料仓底座21上的料仓转盘22、圆周设置在料仓转盘22上的料仓工位23、设置在料仓底座21上且靠近料仓工位23的毛坯件上料装置24和成品件下料装置25。

自动料仓2采用六工位转盘式自动料仓，料仓有六个工位，每个工位可放十个工件，其中两个工位通过毛坯件上料装置24和成品件下料装置25将工件进行抬升，这两个工位为毛坯件上料工位和成品件下料工位。开工前，由操作人员将除成品件下料工位以外的其他五个工位放上毛坯件，机器人1在毛坯件上料工位抓料，每抓走一个工件，毛坯件上料装置24将工位自动抬升，使机器人每次抓取都在同一位置；加工完成后机器人1将工件放入成品件下料工位，每放置一个成品，工位自动下沉，使机器人1每次放料也在同一位置。当一个工位的工件全部抓取完毕后，自动料仓2自动旋转一个工位，空仓变为成品件下料工位，下一个工位成为毛坯件上料工位，加工继续循环下去，直到全部毛坯加工完毕，***停机，操作人员取下全部工件，更换上毛坯件，进行下一批次的加工，另外，当料仓旋转3次后，操作人员也可以将露出安全围栏51的两个工位上已经加工完成的工件取出并换上未加工的毛坯件，使自动化单元可以不停机连续运转下去，大大减轻了工人的劳动强度，提高了生产效率。

在自动料仓2旁设置有抽检传送带71，加工完成的工件可以由机器人1放置到抽检传送带71上取出进行检验。一般可以每隔5个或者10个工件进行抽检，这样可以防止因数控机床出问题而成批量地造成次品，保证了工件加工的质量。

机器人1包括落地设置安装的机器人底座11、设置在机器人底座11上的机器人手爪12。

上位机62包括人机交互的显示器及上位机控制软件，上位机控制软件主要有机床监控功能、料仓监控功能、机器人监控功能、总控PLC监控功能、检测装置控制功能、实时自动刀具磨损补偿功能、生产管理功能等；上位机62作为在线检测装置4的工控机对工件的加工质量进行检测控制；总控PLC631负责数机器人1、自动料仓2、控机床组3、安全防护装置5之间交互信号的处理、状态监控、安全保护等。

总控PLC631提供对数控机床组3的状态监控及控制功能，包括报警、报警历史、寄存器、刀补、机床位置、加工程序、进给倍率、快移倍率、主轴倍率等，可以监控自动料仓2及机器人1的实时运行状态，控制各单元之间交互，确保各单元安全、可靠地加工运行，同时根据加工状态控制在线检测装置4检测工件，自动补偿刀具的磨损，提高加工精度。

整个加工单元的工作流程由总控PLC631中机器人的程序决定，各设备的I/O信号通过总控PLC631进行通讯和逻辑运算，协调各设备的动作顺序，确保加工的顺利进行和设备的安全。

上位机62则主要实现***的实时监视，通过以TCP/IP为通讯方式的以太网与数控机床组3的三台机床和总控PLC631相连接，在线监测并记录数控机床组3、机器人1、自动料仓2等设备的工作状态、参数、I/O信号等，自动统计加工工件数量、成品数量、废品数量。在线检测装置4和离线检测装置72通过RS485接口(MODBUS总线协议)与上位机62联系，将检测到的工件数据及其他的检测信号等发送给上位机62进行显示和记录，上位机62将检测数据反馈给数控机床组3中各个机床的机床数控***，再根据反馈的检测数据进行自动刀补，无需人工操作。所有生产信息可通过网络进行传送，管理者可远程实时监控自动加工单元的运行情况，并且所有生产数据历史生产数据自动记录，通过网络可随时调阅，大大方便了生产管理，为企业建立MES***提供了基础条件。

如图3所示，为本实用新型加工电机前端盖的工作过程，整个加工过程电机前端盖需经过装夹、两次加工工序，加工过程中工件需要进行翻面工序，且第一加工工序时间大概为第二加工工序时间的两倍，即第一加工工序和第二加工工序的加工时间为2:1的关系，所以安排第一数控机床31、第二数控机床32均进行第一加工工序，第三数控机床33进行第二加工工序，这样三台数控机床的加工节拍衔接紧密，进入循环状态后数控机床基本没有空闲等待的时间，保证了数控机床的工作效率最大化。加工过程中的两次装夹工序由机器人1来完成，翻面工序由在线检测装置4来完成。

工作时，机器人1先将电机前端盖毛坯件从自动料仓2上取下装夹，再将其移动至第一数控机床31进行第一加工工序；之后机器人1再从自动料仓2取下毛坯件装夹，再将其移动至第二数控机床32同样进行第一加工工序；之后进行第一数控机床31换件，机器人1从自动料仓2取下毛坯件装夹移动至第一数控机床31进行第一加工工序，同时将第一数控机床31完成第一加工工序的工件取下，并移动至在线检测装置4进行翻面工序和检测，检测合格后机器人1将其移动至第三数控机床33进行第二加工工序，加工结束后移动至自动料仓2进行放料，之后进行第二数控机床32换件，机器人1从自动料仓2取下毛坯件装夹移动至第二数控机床32进行第一加工工序，同时将第二数控机床32完成第一加工工序的工件进行取下，并移动至在线检测装置4进行翻面工序和检测，检测合格后机器人1将其移动至第三数控机床33进行第二加工工序，加工结束后移动至自动料仓2进行放料；以上步骤依次循环，如果在线检测装置4检测结果为不合格，则机器人1将不合格工件放入毛坯件上料工位等待重新加工以实现自动补刀功能，如果进行第二加工工序的次数为五的倍数，那么，机器人1将工件送至抽检传送带71移动到离线检测装置72进行离线检测。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种工业机器人柔性加工单元，其特征在于：包括机器人(1)、环状设置在所述机器人(1)四周的自动料仓(2)和数控机床组(3)、设置在所述数控机床组(3)之间的在线检测装置(4)、设置在所述数控机床组(3)一侧的控制装置(6)，所述机器人(1)、所述自动料仓(2)、所述数控机床组(3)、所述在线检测装置(4)均与所述控制装置(6)连接；所述数控机床组(3)包括设置在所述机器人(1)四周的第一数控机床(31)、第二数控机床(32)、第三数控机床(33)。

2.根据权利要求1所述的一种工业机器人柔性加工单元，其特征在于：所述控制装置(6)包括控制台(61)、均设置在所述控制台(61)上的上位机(62)和I/O控制器(63)，所述上位机(62)上设置有集线器(64)，所述I/O控制器(63)包括总控PLC(631)和与所述总控PLC(631)连接的I/O模块(632)。

3.根据权利要求2所述的一种工业机器人柔性加工单元，其特征在于：所述第一数控机床(31)、所述第二数控机床(32)、所述第三数控机床(33)、所述总控PLC(631)与所述集线器(64)连接。

4.根据权利要求2所述的一种工业机器人柔性加工单元，其特征在于：所述在线检测装置(4)与所述上位机(62)连接。

5.根据权利要求2所述的一种工业机器人柔性加工单元，其特征在于：所述机器人(1)、所述自动料仓(2)与所述I/O模块(632)连接。

6.根据权利要求2所述的一种工业机器人柔性加工单元，其特征在于：还包括设置在所述自动料仓(2)一侧的安全防护装置(5)，所述安全防护装置(5)包括安全围栏(51)、设置在所述安全围栏(51)上的安全门(52)、设置在所述安全门(52)上且与所述I/O模块(632)连接的电气机械锁(53)和声光报警器(54)。

7.根据权利要求2所述的一种工业机器人柔性加工单元，其特征在于：还包括设置在所述自动料仓(2)旁的抽检装置(7)，所述抽检装置(7)包括设置在所述自动料仓(2)一侧的抽检传送带(71)，所述抽检传送带(71)一端设置有与所述上位机(62)连接的离线检测装置(72)。

8.根据权利要求1所述的一种工业机器人柔性加工单元，其特征在于：所述自动料仓(2)包括料仓底座(21)、设置在所述料仓底座(21)上的料仓转盘(22)、圆周设置在所述料仓转盘(22)上的料仓工位(23)、设置在所述料仓底座(21)上且靠近所述料仓工位(23)的毛坯件上料装置(24)和成品件下料装置(25)。

9.根据权利要求1所述的一种工业机器人柔性加工单元，其特征在于：所述机器人(1)包括落地设置安装的机器人底座(11)、设置在所述机器人底座(11)上的机器人手爪(12)。