一种通用与专用设备结合的智能化板类零件加工生产线制造技术

一种通用与专用设备结合的智能化板类零件加工生产线，自自动上料装置起呈直线依此排布有一至四工位四台专用加工机床，以及五工位一台通用加工机床；一至四工位后侧平行排布有桁架运输装置，其上有四个机械臂对应每个工位的物料搬运；四、五工位间设置有一台四轴机械手，实现两工位间物料搬运以及成品的下料；二工位机械臂以及四轴机械手上布置有工业摄像头，用于识别残次品；一、二工位以及四、五工位间设置有废料框用于存放残次品；五工位前侧设置有下料框，用于存放成品；整条生产线下方设置有废屑输送机构用于废屑的收集搬运。本发明专利技术通过通用与专用设备结合，柔性夹具与滑轨气缸的使用，实现生产线柔性，平衡各工位加工时间，提高生产效率。

An intelligent production line for plate parts processing combining general and special equipment

【技术实现步骤摘要】
一种通用与专用设备结合的智能化板类零件加工生产线
本专利技术涉及一种高效自动化生产流水线，尤其涉及一种通用与专用设备结合的智能化板类零件加工生产线，属机械加工设备
，特别适用于需要控制制造成本的板框类零件的流水线生产模式。
技术介绍
柔性加工生产线是传统制造业向自动化生产转型的必然方式，是制造企业提高生产效率，降低人工成本的必然选择。对于产量大结构简单的板框类零件加工，柔性生产线的优势更能得到良好的应用。但是企业在追求自动化柔性化生产的同时，由于各方面因素的限制，往往不能达到预期的效果，其问题在于：柔性生产线的制造成本过高，远远超过预期回报；生产线不能真正实现柔性化，不能适应产品和市场的变化；生产线加工效率低下，无法达到产量要求。当前，大部分企业在加工板框类零件时，仍倾向于选用结构简单的传统机床，零件的装夹和搬用则依赖于工人或流水线。此种生产方式设备成本低，维护方便，但自动化水平低，对于工人的依赖较大，人工成本较高。且机床数量较多，不利于统一管理，生产效率也受限于工人的因素。部分企业迫切寻求减少人工成本、提升自动化水平的生产方式，盲目选用市面上常见的机械手结合通用加工设备的柔性生产线布局，将板框类零件的加工工艺与生产线生硬的结合在一起，结果造成了诸多问题。板框类零件属于小成本、低加工要求、大批量生产；采用多台通用加工设备的柔性化生产线，其成本已超出板框类零件的价值收益，而且通用加工设备也无法到达专用机床的加工效率，从而无法满足产品的产量需求。此外，板类零件在铣削上下表面的时候，由于装夹变形、震动等因素很容易出现未被铣削到的残次品，目前主要靠人工对其进行分拣，极大的浪费了资源，耗时耗力。综上所述，在控制制造成本的基础上，设计一条适用于板框类零件生产加工的柔性化生产线，用以提高生产效率及自动化水平，减少人工成本，同时实现残次品的智能分拣，已成为板框类零件制造行业一个亟待解决的技术难题，对于板框类零件生产企业具有重大的实际意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了设计一条能够生产如图1所示四种板框类零件的柔性化生产线，提高生产效率及加工过程中的自动化水平，减少人工成本。通过机床类型选择及夹具的设计，在保证加工效率的前提下，降低制造成本。同时实现板类零件残次品的智能分拣。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种通用与专用设备结合的智能化板类零件加工生产线，其包括一工位大面专用铣床、二工位侧面专用铣床、三工位侧面倒角铣床、四工位大面专用铣床、五工位数控通用加工中心、自动上料装置、桁架运输装置、四轴两爪机械手、废料框、下料框、废屑输送机构及控制器，其特征在于，所述生产线呈口字形排布，所述自动上料装置包含个上料主体，纵向排布安置于生产线起始端，所述废屑输送机构的出屑口安置于生产线末端，两端之间的前侧呈一字型横向依次安置有所述一工位大面专用铣床、二工位侧面专用铣床、三工位侧面倒角铣床、四工位大面专用铣床以及五工位数控通用加工中心；后侧相对于前侧平行排布有所述桁架运输装置，所述桁架运输装置上依次相对应设置有一工位机械臂、二工位机械臂、三工位机械臂、四工位机械臂；所述四工位大面专用铣床与五工位数控通用加工中心间设置有所述四轴两爪机械手；一工位和二工位之间以及四工位和五工位之间分别设置有用于存放残次品的所述废料框；所述五工位数控通用加工中心前侧设置有用于存放成品的所述下料框；所述生产线一至五工位机床前后两侧地面上平行设置有两道沟槽，所述沟槽中平行设置有两条用于运输废屑的所述废屑输送机构，所述废屑输送机构在生产线末端呈斜坡状伸出地面，将废屑送至地面上方，最终倒入废屑框内；所述自动上料装置包括料盘切换装置、圆盘型储料装置、抬升装置，其中，所述料盘切换装置为一长条形结构，其上方并排设置有两个所述圆盘型储料装置，每个所述圆盘型储料装置上环形布置有十个料框，每个料框内设有一个所述抬升装置；所述料盘切换装置通过丝杠传动将上完料的圆盘型储料装置运输至一侧，同时将填好料的另一个圆盘型储料装置运输至所述一工位机械臂下方，所述抬升装置将料框内的工件依次抬升至指定高度，并由所述一工位机械臂取走，待该料框内工件全部取完后所述料盘切换装置旋转一定角度切换下一料框；待当前的圆盘型储料装置上十个料框全部清空后，所述料盘切换装置将清空后的圆盘型储料装置移动至一侧，由工人填充工件，同时将另一个装满工件的圆盘型储料装置移至所述一工位机械臂下方继续进行上料，如此循环，实现自动连续上料；所述一工位大面专用铣床包括床身I、机床防护罩I、可换位柔性夹具、立式铣床，其中，所述床身I上方设置有所述机床防护罩I和所述可换位柔性夹具，所述床身I两侧各布置有一台相同的所述立式铣床，两台所述立式铣床错开一个工件的距离安置，用于上表面铣削时的接刀；所述床身I内部设置有丝杠传动机构，用于驱动所述可换位柔性夹具工进和快退；当工件较小时，所述可换位柔性夹具通过其下方气缸滑轨将工件移至床身I一侧，由单台所述立式铣床完成工件上表面的铣削加工；当工件较大时，所述可换位柔性夹具将工件移至床身I中间，由两台所述立式铣床先后接刀，完成工件上表面的铣削加工；所述机床防护罩I呈人字形，用于将切屑引导至机床两侧排屑槽内；所述二工位侧面专用铣床包括床身II、机床防护罩II、柔性夹具、卧式铣床，其中，所述床身II上方设置有所述机床防护罩II和所述柔性夹具，所述床身II两侧对称布置有两台相同的所述卧式铣床，用于同时铣削工件两侧面；所述床身II内部设置有丝杠传动机构，用于驱动所述柔性夹具工进和快退；所述卧式铣床通过其内部液压滑轨调整两铣刀间距离，实现不同宽度零件的加工，所述机床防护罩II呈人字形，用于将切屑引导至机床两侧排屑槽内；所述三工位侧面倒角铣床包括床身II、机床防护罩II、柔性夹具、卧式铣床，其中，所述床身II两侧对称布置有四台所述卧式铣床，其中前侧两台所述卧式铣床安装面铣刀，用于同时铣削工件两侧面，后侧两台所述卧式铣床安装倒角铣刀，用于同时铣削工件两侧倒角，其余结构功能与所述二工位侧面专用铣床相同；所述四工位大面专用铣床与所述一工位大面专用铣床具有相同的结构和功能，用于工件最后一个大面的加工；所述桁架运输装置包括一工位机械臂、二工位机械臂、三工位机械臂、四工位机械臂、桁架、可旋转夹持装置、可翻转夹持装置和立柱，其中，所述桁架固定于四根所述立柱上，所述桁架前侧呈一字型依次安置所述一工位机械臂、二工位机械臂、三工位机械臂、四工位机械臂；所述各机械臂通过电机驱动可在所述桁架上沿水平和竖直方向移动，实现一至四四个工位间工件的搬运；其中所述一、三、四工位机械臂下方固定有所述可旋转夹持装置，用于在搬运途中对工件进行度旋转，实现工件换边；所述二工位机械臂下方固定有所述可翻转夹持装置，用于在搬运途中对工件进行度翻转，实现工件换面；所述四轴两爪机器人包括夹持装置、工业摄像头II、连接板、四轴机器人，其中，四轴机器人螺杆下端固定有所述连接板，所述连接板下端固定有两个所述夹持装置，用于对工件的抓取、搬运和下料；所述夹持装置前侧固定有所述工业摄像头II，用于采集本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通用与专用设备结合的智能化板类零件加工生产线，其包括一工位大面专用铣床(1)、二工位侧面专用铣床(2)、三工位侧面倒角铣床(3)、四工位大面专用铣床(4)、五工位数控通用加工中心(5)、自动上料装置(6)、桁架运输装置(7)、四轴两爪机械手(8)、废料框(9)、下料框(10)、废屑输送机构(11)及控制器，其特征在于，/n所述生产线呈口字形排布，所述自动上料装置(6)包含2个上料主体，纵向排布安置于生产线起始端，所述废屑输送机构(11)的出屑口安置于生产线末端，起末两端之间的前侧呈一字型横向依次安置有所述一工位大面专用铣床(1)、二工位侧面专用铣床(2)、三工位侧面倒角铣床(3)、四工位大面专用铣床(4)以及五工位数控通用加工中心(5)；后侧相对于前侧平行排布有所述桁架运输装置(7)，所述桁架运输装置(7)上依次相对应设置有一工位机械臂(7-1)、二工位机械臂(7-2)、三工位机械臂(7-3)、四工位机械臂(7-4)；所述四工位大面专用铣床(4)与五工位数控通用加工中心(5)间设置有所述四轴两爪机械手(8)；一工位和二工位之间以及四工位和五工位之间分别设置有用于存放残次品的所述废料框(9)；所述五工位数控通用加工中心(5)前侧设置有用于存放成品的所述下料框(10)；所述生产线一至五工位机床前后两侧地面上平行设置有两道沟槽，所述沟槽中平行设置有两条用于运输废屑的所述废屑输送机构(11)，所述废屑输送机构(11)在生产线末端呈斜坡状伸出地面，将废屑送至地面上方，最终倒入废屑框内；/n所述自动上料装置(6)包括料盘切换装置(6-1)、圆盘型储料装置(6-2)、抬升装置(6-3)，其中，所述料盘切换装置(6-1)为一长条形结构，其上方并排设置有两个所述圆盘型储料装置(6-2)，每个所述圆盘型储料装置(6-2)上环形布置有十个料框，每个料框内设有一个所述抬升装置(6-3)；所述料盘切换装置(6-1)通过丝杠传动将上完料的圆盘型储料装置(6-2)运输至一侧，同时将填好料的另一个圆盘型储料装置(6-2)运输至所述一工位机械臂(7-1)下方，所述抬升装置(6-3)将料框内的工件依次抬升至指定高度，并由所述一工位机械臂(7-1)取走，待该料框内工件全部取完后所述料盘切换装置(6-1)旋转一定角度切换下一料框；待当前的圆盘型储料装置(6-2)上十个料框全部清空后，所述料盘切换装置(6-1)将清空后的圆盘型储料装置(6-2)移动至一侧，由工人填充工件，同时将另一个装满工件的圆盘型储料装置(6-2)移至所述一工位机械臂(7-1)下方继续进行上料，如此循环，实现自动连续上料；/n所述一工位大面专用铣床(1)包括床身I(1-1)、机床防护罩I(1-2)、可换位柔性夹具(1-3)、立式铣床(1-4)，其中，床身I(1-1)上方设置有所述机床防护罩I(1-2)和所述可换位柔性夹具(1-3)，床身I(1-1)两侧各布置有一台相同的所述立式铣床(1-4)，两台所述立式铣床(1-4)错开一个工件的距离安置，用于上表面铣削时的接刀；床身I(1-1)内部设置有丝杠传动机构，用于驱动所述可换位柔性夹具(1-3)工进和快退；当工件较小时，所述可换位柔性夹具(1-3)通过其下方气缸滑轨将工件移至床身I(1-1)一侧，由单台所述立式铣床(1-4)完成工件上表面的铣削加工；当工件较大时，所述可换位柔性夹具(1-3)将工件移至床身I(1-1)中间，由两台所述立式铣床(1-4)先后接刀，完成工件上表面的铣削加工；所述机床防护罩I(1-2)呈人字形，用于将切屑引导至机床两侧的排屑槽内；/n所述二工位侧面专用铣床(2)包括床身II(2-1)、机床防护罩II(2-2)、柔性夹具(2-3)、卧式铣床(2-4)，其中，所述床身II(2-1)上方设置有所述机床防护罩II(2-2)和所述柔性夹具(2-3)，所述床身II(2-1)两侧对称布置有两台相同的所述卧式铣床(2-4)，用于同时铣削工件两侧面；所述床身II(2-1)内部设置有丝杠传动机构，用于驱动所述柔性夹具(2-3)工进和快退；所述卧式铣床(2-4)通过其内部液压滑轨调整两铣刀间距离，实现不同宽度零件的加工，所述机床防护罩II(2-2)呈人字形，用于将切屑引导至机床两侧排屑槽内；/n所述三工位侧面倒角铣床(3)包括床身II(3-1)、机床防护罩II(3-2)、柔性夹具(3-3)、卧式铣床(3-4)，其中，所述床身II(3-1)两侧对称布置有四台所述卧式铣床(3-4)，其中前侧两台所述卧式铣床(3-4)安装面铣刀，用于同时铣削工件两侧面，后侧两台所述卧式铣床(3-4)安装倒角铣刀，用于同时铣削工件两侧倒角，其余结构功能与所述二工位侧面专用铣床(2)相同；/n所述四工位大面专用铣床(4)与所述一工位大面专用铣床(1)具有相同的结构和功...

【技术特征摘要】
1.一种通用与专用设备结合的智能化板类零件加工生产线，其包括一工位大面专用铣床(1)、二工位侧面专用铣床(2)、三工位侧面倒角铣床(3)、四工位大面专用铣床(4)、五工位数控通用加工中心(5)、自动上料装置(6)、桁架运输装置(7)、四轴两爪机械手(8)、废料框(9)、下料框(10)、废屑输送机构(11)及控制器，其特征在于，
所述生产线呈口字形排布，所述自动上料装置(6)包含2个上料主体，纵向排布安置于生产线起始端，所述废屑输送机构(11)的出屑口安置于生产线末端，起末两端之间的前侧呈一字型横向依次安置有所述一工位大面专用铣床(1)、二工位侧面专用铣床(2)、三工位侧面倒角铣床(3)、四工位大面专用铣床(4)以及五工位数控通用加工中心(5)；后侧相对于前侧平行排布有所述桁架运输装置(7)，所述桁架运输装置(7)上依次相对应设置有一工位机械臂(7-1)、二工位机械臂(7-2)、三工位机械臂(7-3)、四工位机械臂(7-4)；所述四工位大面专用铣床(4)与五工位数控通用加工中心(5)间设置有所述四轴两爪机械手(8)；一工位和二工位之间以及四工位和五工位之间分别设置有用于存放残次品的所述废料框(9)；所述五工位数控通用加工中心(5)前侧设置有用于存放成品的所述下料框(10)；所述生产线一至五工位机床前后两侧地面上平行设置有两道沟槽，所述沟槽中平行设置有两条用于运输废屑的所述废屑输送机构(11)，所述废屑输送机构(11)在生产线末端呈斜坡状伸出地面，将废屑送至地面上方，最终倒入废屑框内；
所述自动上料装置(6)包括料盘切换装置(6-1)、圆盘型储料装置(6-2)、抬升装置(6-3)，其中，所述料盘切换装置(6-1)为一长条形结构，其上方并排设置有两个所述圆盘型储料装置(6-2)，每个所述圆盘型储料装置(6-2)上环形布置有十个料框，每个料框内设有一个所述抬升装置(6-3)；所述料盘切换装置(6-1)通过丝杠传动将上完料的圆盘型储料装置(6-2)运输至一侧，同时将填好料的另一个圆盘型储料装置(6-2)运输至所述一工位机械臂(7-1)下方，所述抬升装置(6-3)将料框内的工件依次抬升至指定高度，并由所述一工位机械臂(7-1)取走，待该料框内工件全部取完后所述料盘切换装置(6-1)旋转一定角度切换下一料框；待当前的圆盘型储料装置(6-2)上十个料框全部清空后，所述料盘切换装置(6-1)将清空后的圆盘型储料装置(6-2)移动至一侧，由工人填充工件，同时将另一个装满工件的圆盘型储料装置(6-2)移至所述一工位机械臂(7-1)下方继续进行上料，如此循环，实现自动连续上料；
所述一工位大面专用铣床(1)包括床身I(1-1)、机床防护罩I(1-2)、可换位柔性夹具(1-3)、立式铣床(1-4)，其中，床身I(1-1)上方设置有所述机床防护罩I(1-2)和所述可换位柔性夹具(1-3)，床身I(1-1)两侧各布置有一台相同的所述立式铣床(1-4)，两台所述立式铣床(1-4)错开一个工件的距离安置，用于上表面铣削时的接刀；床身I(1-1)内部设置有丝杠传动机构，用于驱动所述可换位柔性夹具(1-3)工进和快退；当工件较小时，所述可换位柔性夹具(1-3)通过其下方气缸滑轨将工件移至床身I(1-1)一侧，由单台所述立式铣床(1-4)完成工件上表面的铣削加工；当工件较大时，所述可换位柔性夹具(1-3)将工件移至床身I(1-1)中间，由两台所述立式铣床(1-4)先后接刀，完成工件上表面的铣削加工；所述机床防护罩I(1-2)呈人字形，用于将切屑引导至机床两侧的排屑槽内；
所述二工位侧面专用铣床(2)包括床身II(2-1)、机床防护罩II(2-2)、柔性夹具(2-3)、卧式铣床(2-4)，其中，所述床身II(2-1)上方设置有所述机床防护罩II(2-2)和所述柔性夹具(2-3)，所述床身II(2-1)两侧对称布置有两台相同的所述卧式铣床(2-4)，用于同时铣削工件两侧面；所述床身II(2-1)内部设置有丝杠传动机构，用于驱动所述柔性夹具(2-3)工进和快退；所述卧式铣床(2-4)通过其内部液压滑轨调整两铣刀间距离，实现不同宽度零件的加工，所述机床防护罩II(2-2)呈人字形，用于将切屑引导至机床两侧排屑槽内；
所述三工位侧面倒角铣床(3)包括床身II(3-1)、机床防护罩II(3-2)、柔性夹具(3-3)、卧式铣床(3-4)，其中，所述床身II(3-1)两侧对称布置有四台所述卧式铣床(3-4)，其中前侧两台所述卧式铣床(3-4)安装面铣刀，用于同时铣削工件两侧面，后侧两台所述卧式铣床(3-4)安装倒角铣刀，用于同时铣削工件两侧倒角，其余结构功能与所述二工位侧面专用铣床(2)相同；
所述四工位大面专用铣床(4)与所述一工位大面专用铣床(1)具有相同的结构和功能，用于工件最后一个大面的加工；
所述桁架运输装置(7)包括一工位机械臂(7-1)、二工位机械臂(7-2)、三工位机械臂(7-3)、四工位机械臂(7-4)、桁架(7-5)、可旋转夹持装置(7-6)、可翻转夹持装置(7-7)和立柱(7-8)，其中，所述桁架(7-5)固定于四根所述立柱(7-8)上，所述桁架(7-5)前侧呈一字型依次安置所述一工位机械臂(7-1)、二工位机械臂(7-2)、三工位机械臂(7-3)、四工位机械臂(7-4)；所述各机械臂通过电机驱动可在所述桁架(7-5)上沿水平和竖直方向移动，实现一至四四个工位间工件的搬运；其中所述一、三、四工位机械臂下方固定有所述可旋转夹持装置(7-6)，用于在搬运途中对工件进行90度旋转，实现工件换边；所述二工位机械臂(7-2)下方固定有所述可翻转夹持装置(7-7)，用于在搬运途中对工件进行180度翻转，实现工件换面；
所述四轴两爪机器人(8)包括夹持装置(8-1)、工业摄像头II(8-2)、连接板(8-3)、四轴机器人(8-4)，其中，四轴机器人(8-4)螺杆下端固定有所述连接板(8-3)，所述连接板(8-3)下端固定有两个所述夹持装置(8-1)，用于对工件的抓取、搬运和下料；所述夹持装置(8-1)前侧固定有所述工业摄像头II(8-2)，用于采集四工位工件表面质量图像，识别残次品；
所述废屑输送机构(11)包括右端链轮(11-1)、电机(11-2)、支架(11-3)、滚轮(11-4)、链条(11-5)、左端链轮(11-6)、刮板式输送带(11-7)，其中，所述支架(11-3)呈长条形布置于地下沟槽中，右侧一段呈斜坡状伸出地面，右上端设置有所述右端链轮(11-1)，左端设置有所述左端链轮(11-6)，支架(11-3)前后两侧、左右两端链轮之间环绕有两条所述链条(11-5)，两条所述链条(11-5)外侧呈环形包裹有一条所述刮板式输送带(11-7)，支架(11-3)斜坡转折处设置有所述滚轮(11-4)，用于限制所述链条(11-5)随支架(11-4)右侧一同斜升；固定于右端链轮(11-1)外侧的所述电机(11-2)通过链轮与链条的啮合传动，带动所述刮板式输送带(11-7)在左右两端之间循环转动，运输废屑；所述刮板式输送带(11-7)上方每间隔一段距离设置有一个刮板，保证爬坡时废屑不会下滑。


2.根据权利要求1所述的一种通用与专用设备结合的智能化板类零件加工生产线，其特征在于：所述料盘切换装置(6-1)包括步进电机I(6-1-1)、电机传动座(6-1-2)、滑动底座(6-1-3)、滚珠丝杠(6-1-4)、滑块I(6-1-5)、轴承座(6-1-6)、丝杠螺母(6-1-7)、直线导轨(6-1-8)、外底座(6-1-9)，其中，所述外底座(6-1-9)左端固定有所述电机传动座(6-1-2)和所述步进电机I(6-1-1)，右端固定有所述轴承座(6-1-6)，中间连接有所述滚珠丝杠(6-1-4)，两侧平行布置有两根所述直线导轨(6-1-8)，其上方布置有两个相同的所述滑动底座(6-1-3)用于承载所述圆盘型储料装置(6-2)；所述滑动底座(6-1-3)下方固定有四个所述滑块I(6-1-5)和一个所述丝杠螺母(6-1-7)，所述滑块I(6-1-5)可在所述直线导...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱成顺，黄俣钧，李滨城，杨凯航，丁雷，张辉，
申请(专利权)人：江苏科技大学，江苏铁科新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32