一种阀门标准件机器人自动生产系统的制作方法

本发明涉及智能制造，尤其涉及一种阀门标准件机器人自动生产系统。

背景技术：

1、阀门行业作为流程工业的关键基础件产业，其标准件的加工质量和生产效率直接影响下游石化、电力、水利、市政等众多领域的安全运行，符合标准的锻钢闸阀、截止阀的阀体和阀盖作为高压、高温工况下的核心承压部件，对加工精度、表面质量、机械性能均有着极为严苛的要求，同时这类产品又普遍存在规格型号多、单批次批量小、换产频繁等典型的多品种小批量生产特征。

2、目前，阀门标准件的生产仍以传统的人工操作普通车床或数控车床为主流模式，虽然少数引入了单机自动化设备，但整体生产模式仍存在以下显著缺陷：

3、一、生产效率低下：人工上下料、装夹、检测等辅助时间占比高，单台车床的有效加工时间仅占55%左右，难以满足大批量订单的交付周期要求；

4、二、加工精度不稳定：人工装夹毛坯的位置一致性较差，分度卡盘多面加工时的重复定位精度难以保证，导致同一批次产品关键尺寸的cpk值普遍低于1.0，不合格率高；

5、三、多品种切换困难：传统数控车床针对不同口径、不同型号的阀体阀盖需要频繁更换夹具、刀具和加工程序，单次换产时间长达数小时，难以适应多品种小批量的柔性生产需求；

6、四、物流协同效率低：毛坯出库、产线上料、成品入库等环节依赖人工搬运或半自动化的辊道输送，与生产节拍难以实现高效协同，agv调度系统与加工产线之间普遍存在数据孤岛；

7、五、数据孤岛严重：生产计划、车间调度、加工参数、检测数据、库存数据分散在erp、mes、dcs等多个异构系统中，无法实现全流程数据互通，导致生产管理粗放，质量追溯困难；

8、六、场地利用率低：传统产线中机器人、加工设备、检测设备、清洗设备分散布置，且普遍采用地面安装方式，占地面积大，特别是在温州等江浙沿海地区厂房租金较高的工业园区，土地成本严重制约企业产能扩张和自动化升级。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提出一种阀门标准件机器人自动生产系统，通过高台正装机器人布局、两轴双工位料仓设计、mes与agv的全流程集成，解决现有阀门标准件生产中存在的效率低、精度差、品种切换难、物流协同差、数据孤岛、场地利用率低等技术问题。

2、基于上述目的，本发明提供了一种阀门标准件机器人自动生产系统，包括高台支架、中央管控层、物流执行层、生产作业层、质量监控层：中央管控层由mes生产管理系统和企业erp系统构成，用于接收生产计划并向各子系统下发作业指令，同步采集并存储生产数据、质检数据及物流数据；

3、物流执行层由agv调度系统、潜伏举升式agv小车、仓库接驳工位组成，与所述mes生产管理系统通信连接，用于调度潜伏举升式agv小车执行毛坯出库、产线上料及成品入库的物流接驳任务；

4、生产作业层由两轴双工位料仓、高台正装工业机器人、车削加工单元组成，两轴双工位料仓包括仓体、x轴运动模组、z轴运动模组、抓手组件及左右两个工位，所述x轴运动模组驱动所述抓手组件在左右两个工位之间切换，所述z轴运动模组驱动所述抓手组件执行升降动作以调整取料高度，所述z轴运动模组和x轴运动模组采用同类型结构设计，例如，由电机驱动丝杆，在配合滑块、滑轨实现驱动抓手组件工作，区别在于，x轴运动模组实现水平横移，z轴运动模组实现直上直下运动；

5、高台正装工业机器人，安装于车削加工单元上方的高台支架上，自上而下探取毛坯或放置成品；

6、车削加工单元，包括分度卡盘和数控车床，所述分度卡盘对工件进行多面一次性夹紧以实现多面一次性加工，所述数控车床的顶部设置安装有报警器，所述报警器用于反馈并示警突发情况，为用户提供足够的反应和处理时间；

7、质量监控层由清洗机构和检测机构组成，集成安装于车削加工单元上，清洗机构和检测机构分别布设于车削加工单元的两侧，分别用于工件的精确定位、表面切削液和铁屑的清理以及加工尺寸的自动检测；

8、专用料盘，承载毛坯或成品，其结构与所述抓手组件及料仓位相适配；

9、其中，所述mes生产管理系统与所述两轴双工位料仓、所述高台正装工业机器人、所述车削加工单元、所述清洗机构、所述检测机构及所述agv调度系统均通过工业通信网络进行数据交互，实现从排单、生产、质检到物流、仓库的全流程自动化作业。

10、优选的，所述x轴运动模组包括固定安装在仓体内的固定导轨，所述固定导轨内部的一侧固定安装有步进电机一，所述步进电机一的输出轴固定安装有丝杆一，所述丝杆一远离步进电机一的一端转动安装在固定导轨的内壁上，所述丝杆一的表面螺纹安装有在固定导轨内滑动的内螺纹套一，所述内螺纹套一的顶部固定安装有连接架。

11、优选的，所述抓手组件包括固定安装在上的安装架，所述安装架的内侧固定安装有两个相对设置的步进电机二，所述步进电机二的输出轴固定安装有丝杆二，所述丝杆二远离步进电机二的一端转动安装在安装架的内壁上，所述丝杆二的表面螺纹安装有内螺纹套二，所述安装架一侧的内壁上固定安装有多个t型滑轨，所述内螺纹套二滑动安装在两个t型滑轨上，所述两个步进电机二还可以替换采用双轴电机。

12、优选的，所述仓体内腔的底部固定安装有两个底座，两个底座的顶部固定安装有多个凸台，相邻两个凸台的上方放置有托板，潜伏举升式agv小车位于相邻两个凸台之间。

13、优选的，所述内螺纹套二的一侧固定安装有夹臂，两个夹臂相对的一侧均固定连接有多个凸块，所述专用料盘设置于两个夹臂之间，所述搭接在两侧的凸块上，所述专用料盘与托板相适配。

14、优选的，所述专用料盘包括盘体和若干定位卡槽，所述定位卡槽根据阀门阀体或阀盖的形状定制，每个定位卡槽与所述抓手组件的抓取指一一对应，所述定位卡槽内设有防错识别编码或rfid标签，所述mes生产管理系统通过扫描所述防错识别编码或读取所述rfid标签以识别料盘上所承载的毛坯种类和数量。

15、优选的，所述高台正装工业机器人采用六轴或多轴关节机器人，末端安装有快换夹具，所述快换夹具根据毛坯或成品的形状配置对应的抓取指，所述mes生产管理系统根据当前加工任务自动调用与所述快换夹具匹配的抓取指参数。

16、一种阀门标准件机器人自动生产方法，包括以下步骤：

17、s：所述mes生产管理系统接收外部生产计划，根据当前产线状态、料仓状态和agv调度状态自动生成作业排单，并向所述agv调度系统下发取料指令；

18、s：库管人员根据所述mes生产管理系统的指示将对应的毛坯摆放在专用料盘上，潜伏举升式agv小车从仓库装载专用料盘并运送至两轴双工位料仓的接驳工位，完成料盘对接后潜伏举升式agv小车离开；

19、s：所述两轴双工位料仓的x轴运动模组和z轴运动模组协同动作，使所述抓手组件将专用料盘举升至高台正装工业机器人的下探取料高度；

20、s：高台正装工业机器人从所述专用料盘上抓取毛坯，再放入分度卡盘的夹具内；

21、s：所述分度卡盘夹紧工件，所述数控车床对工件进行多面一次性加工；

22、s：加工完成后，所述高台正装工业机器人取出成品，依次放入清洗机构进行表面清理、放入检测机构进行自动检测；

23、s：所述检测机构生成检测报告并实时上传至所述mes生产管理系统，所述高台正装工业机器人将检测合格的成品放回专用料盘的原始卡槽；

24、s：当所述专用料盘上所有毛坯加工完成后，所述mes生产管理系统向所述agv调度系统发送入库指令，潜伏举升式agv小车移动到所述两轴双工位料仓的接驳工位，装载成品料盘并运送回仓库。

25、优选的，在步骤s4中，所述高台正装工业机器人将毛坯放入所述分度卡盘之前，先通过所述二次定位机构对毛坯的轴向位置和径向位置进行精确调整，调整精度不低于0.05mm，以补偿毛坯在铸造或锻造过程中产生的尺寸偏差和位置偏差。

26、优选的，所述数控车床根据毛坯的种类和加工工艺要求，自动调用对应的加工程序；在步骤s7中，所述检测机构对工件的关键尺寸进行100%自动检测，检测项目包括外径、内径、端面到基准面的距离、密封面角度、螺纹参数中的至少三项，检测数据实时上传至所述mes生产管理系统进行存档和分析。

27、本发明的有益效果：

28、本发明通过高台正装机器人布局，将二次定位、清洗、检测三个机构集成于高台支架上，相比传统地面布局节约占地面积60%以上，特别适合土地资源紧张的工业园区。

29、本发明两轴双工位料仓可实现不停机连续生产，单台车床的有效加工时间占比可达85%以上。

30、本发明专用料盘的定位卡槽可定制，料盘上具体放哪一类产品可以随意更换，从而实现小批量多品种的产品也可以适配该产线。

31、本发明通过二次定位机构对毛坯进行精确定位，配合分度卡盘的多面一次性夹紧，加工精度一致性显著提升，不合格率可降低至0.5%以下。

32、本发明mes生产管理系统与机器人产线的系统打通，实现从排单→生产→质检→物流→仓库全程无纸化操作，关键数据例如产量、检测报告等可以实时上传，避免人为干预。

33、本发明高台正装布局使人工工作区域（车床前方）与机器人工作区域（高台上方）物理分离，避免了人机交叉作业的安全隐患。

34、本发明料仓系统与agv调度系统及mes系统打通，实现出库→上线→下线→入库这一物流接驳流程的全自动化。