材料库模块、小型机床及其自动工作方法与流程

本发明涉及模块化机床，具体地，涉及一种材料库模块、小型机床及其自动工作方法。

背景技术：

1、随着智能制造和个性化生产需求的持续增长，模块化机床因其灵活可重构的架构特性而受到广泛关注。现有技术中已出现将机床主体划分为多个独立功能单元的设计思路，各功能单元可通过标准化接口实现快速安装和更换，从而使同一基础平台能够适应不同的加工任务。然而，在物料的存储与管理方面，现有技术仍存在明显不足。

2、一方面，现有机床的料仓或材料库通常设置于机床主体之外，作为独立的附属设备布置于机床的侧方或周边。这种分体式布局不仅额外占用车间地面空间，而且需要在现场进行二次安装和调试，增加了设备部署周期和成本。对于小型化、桌面化的模块化机床而言，外部料仓的设置与其紧凑化、集成化的设计理念存在根本性矛盾。另一方面，现有料仓多为固定式结构，其存储容量和存储形式难以根据不同加工任务灵活调整。当加工任务发生变化时，往往需要重新配置整个料仓系统甚至更换料仓设备，柔性严重不足。此外，现有技术中料仓与机床控制系统之间的信息集成度不高，物料的识别、状态跟踪和任务调度多依赖人工干预，难以实现从毛坯入库到成品出库的全流程自动化闭环管理。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种材料库模块、小型机床及其自动工作方法。

2、根据本发明提供的一种材料库模块，所述小型机床包括多边形封闭机体，所述多边形封闭机体的纵剖面为正多边形结构，所述正多边形的任一边对应一个功能面，所述功能面用于可拆卸地安装功能模块；

3、所述材料库模块作为一个独立的功能模块，通过标准化接口可拆卸地安装于任意一所述功能面上，用于集中存放物料；

4、所述材料库模块包括：

5、模块壳体，具有与所述功能面相匹配的安装接口；

6、存储单元，设置于所述模块壳体上，包括多个用于存放物料的存储位；

7、定位结构，设置于各所述存储位，用于对物料进行限位和固定；

8、识别结构，设置于各所述存储位或各所述物料上，用于唯一标识所存放物料的属性信息；

9、状态检测单元，设置于所述模块壳体内部，用于检测各所述存储位的物料存放状态；

10、模块接口，设置于所述模块壳体与所述功能面连接的部位，包括机械安装接口、电气接口、通信接口中的至少一种。

11、优选地，所述材料库模块内部按照物料的加工状态划分为毛坯区、半成品区、成品区和不合格品区，各区域之间通过物理隔板或标识进行区分；

12、所述识别结构为二维码标签、rfid标签、视觉特征标记、机械编码结构、电子标识芯片中的至少一种。

13、优选地，所述状态检测单元包括设置于各所述存储位的传感器，所述传感器为光电传感器、压力传感器、接近开关、视觉传感器、重量传感器中的至少一种。

14、优选地，所述材料库模块所存放的物料为近净成形毛坯，所述近净成形毛坯的外形与待加工零件的最终形状相适配。所述近净成形毛坯上预留有标准抓取柄，所述标准抓取柄具有统一的形状和尺寸规格。所述标准抓取柄设置于所述近净成形毛坯的端部或侧部，所述标准抓取柄在加工完成后通过最后一道工序切除。

15、根据本发明提供的一种材料库模块的自动工作方法，基于所述的材料库模块实现，包括以下步骤：

16、步骤s1：控制系统接收加工任务，根据任务信息确定所需物料的规格和数量；

17、步骤s2：所述控制系统通过所述通信接口读取所述材料库模块中各所述存储位的物料识别信息和存放状态，查询是否存在符合任务要求的物料及其所在位置；

18、步骤s3：若存在可用物料，所述控制系统生成取料指令，所述取料指令包含目标物料的存储位置、抓取姿态和搬运路径信息；若不存在可用物料，所述控制系统发出缺料提示；

19、步骤s4：操作手模块根据所述取料指令移动至所述材料库模块的取放料口，通过所述识别结构确认目标物料，抓取所述目标物料并将其运送至加工区域；

20、步骤s5：加工完成后，所述操作手模块将加工完成的零件放入所述材料库模块的指定存储位；

21、步骤s6：所述状态检测单元检测各所述存储位的物料存放状态变化，所述材料库模块通过所述通信接口将更新后的物料存储状态信息上传至所述控制系统。

22、优选地，所述步骤s4与所述步骤s5之间还包括以下步骤：

23、若加工任务需要多工序加工，在完成当前工序后，所述操作手模块将半成品放入所述材料库模块的半成品区；

24、在后续工序开始前，所述操作手模块从所述半成品区取出对应的半成品继续进行加工。

25、优选地，所述步骤s5之后还包括以下步骤：

26、所述控制系统调用在线检测模块对加工完成的零件进行质量检测；

27、若检测合格，所述操作手模块将零件放入所述材料库模块的成品区；

28、若检测不合格，所述操作手模块将零件放入所述材料库模块的不合格品区，所述控制系统记录不合格原因；

29、所述步骤s2中，所述物料识别信息包括物料类型、材料牌号、规格尺寸、毛坯批次、当前加工状态、所属任务编号中的至少一种。

30、优选地，还包括以下步骤：

31、所述材料库模块将各所述存储位的物料存放状态和识别信息实时上传至云端数据库；

32、所述云端数据库根据多台设备的物料消耗数据生成补料计划，并下发至用户终端或上游供料系统。

33、根据本发明提供的一种小型机床，包括：

34、多边形封闭机体，所述多边形封闭机体的多条边分别对应一个独立的功能面；

35、基体模块，设置于所述多边形封闭机体的下方，用于提供支撑和减振；

36、以及至少一个所述的材料库模块，安装于所述多边形封闭机体的其中一个所述功能面上；

37、操作手模块，安装于所述多边形封闭机体的另一个所述功能面上，用于从所述材料库模块中取放物料；

38、控制系统，分别与所述材料库模块和所述操作手模块通信连接，用于控制物料的存取和搬运。

39、优选地，所述多边形封闭机体的纵剖面为三边形、四边形、五边形或六边形以上，各所述功能面首尾衔接形成封闭力流。

40、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

41、1、本发明将材料库模块作为独立功能模块集成于多边形封闭机体的功能面上，使材料库与机床主体形成一体化结构，与现有技术中将料仓设置于机床外部作为独立附属设备的方案相比，本发明无需额外占用机床内部空间，无需现场二次安装调试，使设备整体更加紧凑，尤其适合小型化、桌面化应用场景，空间利用率显著提高。

42、2、本发明中的材料库模块通过标准化接口与机体可拆卸连接，可根据任务需求快速更换不同规格或不同类型的材料库模块，实现即插即用，现有技术的料仓多为固定式结构，当加工任务变化时需要重新配置整个料仓系统；而本发明的材料库模块可独立更换，单个模块的升级或更换不影响机体及其他功能模块的正常工作，模块化程度高、灵活性强。

43、3、本发明通过材料库模块与操作手模块、控制系统的协同工作，实现了从毛坯取料、装夹、加工、中间件暂存、成品入库到不合格品处理的全流程自动化。现有技术中物料的识别、状态跟踪和任务调度多依赖人工干预；本发明通过识别结构、状态检测单元和控制系统的配合，实现了物料的自动识别、自动追踪和自动调度，大幅减少人工干预，实现了全流程自动化物料管理。

44、4、本发明采用近净成形标准化毛坯配合标准抓取柄的设计方案，用户可直接购买与目标零件外形相近的毛坯，无需自行备料或前往专门加工场所，实现了近净成形毛坯和标准抓取柄的标准化供料模式。近净成形毛坯的外形与最终零件相近，加工余量小，与采用大尺寸棒料或块料经大量切削成形的方式相比，可显著减少材料浪费。尤其对于小型零件的单件或小批量生产，材料成本的节约尤为明显，提高了材料的利用率。

45、5、本发明中的标准抓取柄使操作手模块无需更换末端执行器即可抓取所有毛坯，简化了自动化操作流程。抓取柄在最后一道工序中自动切除，保证了成品的完整性。

46、6、本发明通过每个存储位和每个物料的唯一识别标识，本发明实现了物料从入库到出库的全生命周期追踪。控制系统可实时查询任一物料的位置、状态、加工历史和检测结果，为质量追溯、工艺优化和生产调度提供完整的数据基础。

47、7、本发明多台模块化平台可各自配备材料库模块，形成分布式加工节点，通过云端系统统一调度和协同，构建“分散制造、集中管理”的新型加工物流模式，形成了分布式加工物流体系，每台设备既是加工终端，也是物料管理节点，可实现加工任务的分布式执行和物料状态的集中监控。