TYKJ-F1101型 柔性加工制造系統|柔性自動化*制造實訓裝置

一、概述

TYKJ-F1101型柔性加工制造系統|柔性自動化*制造實訓裝置（Flexible Manufacturing System，FMS）由供料傳輸工作站、檢測與分揀工作站、搬運工作站、上下料機械手工作站、數控銑床加工工作站、加工檢測工作站、五自由度機器人裝配工作站、成品分裝工作站、條形碼讀取處理單元、立體倉庫自動儲存工作站、變頻調速環形傳輸系統、上位監控系統等組成。是由計算機集成管理和控制、高效率地制造中小批量多品種零部件的自動化制造系統，如圖1所示。該系統仿真工業柔性制造系統的生產過程，為學生提供了綜合訓練的實驗環境。

TYKJ-F1101型綜合應用了現代機械技術、自動控制、計算機控制、數控技術、數控機床、傳感器、氣動控制等多種技術，是典型的機電一體化控制系統。該系統有助于學生對機械設計、自動控制、計算機技術、機床數控原理、傳感器與檢測技術、氣動控制技術等知識的學習，對可編程控制器的程序設計、電機控制、傳感器檢測等技術的應用能夠得到實際的訓練，提高學生的機電控制系統的設計、裝配、調試的綜合能力。

二、系統組成

1．供料傳輸工作站

供料傳輸工作站主要由鋁合金型材基體、料倉、推料氣缸、傳輸帶機構、遠程I/O控制等組成，主要用于完成對毛坯件的輸送。

2．檢測與分揀工作站

    檢測與分揀工作站主要由鋁合金型材基體、升降缸、氣爪、滾珠絲桿副、的圖像識別處理器、遠程I/O控制等組成。主要完成對毛坯件外觀進行品質的判斷，并將不合格品分揀剔除。

3．搬運工作站

搬運工作站主要由鋁合金型材基體、擺動氣缸、升降氣缸、氣爪、遠程I/O控制等組成。用于將合格毛坯件搬運到傳輸帶上。

4、上下料機械手工作站

上下料機械手工作站主要由鋁合金型材基體、旋轉缸、伸縮缸、升降缸、氣爪、遠程I/O控制等組成。主要功能是將毛坯件送入數控銑床加工，并將加工完成后的工件重新放回傳輸帶上。

5．數控銑床加工工作站

數控銑床加工工作站主要由鋁合金型材基體、三維滑臺、氣動夾具、數控系統等組成。用于完成對毛坯件頂部中心位置銑削圓孔。

6．加工檢測工作站

加工檢測工作站主要由鋁合金型材基體、擺臂缸、真空吸盤、升降檢測缸、推料氣缸、遠程I/O控制等組成。主要檢測工件的銑削深度。

7．機器人裝配工作站

機器人裝配工作站主要由鋁合金型材基體、五自由度工業機器人裝配手以及廢料槽所組成。用于剔除不合格品，對加工件、裝配箱、箱蓋精細裝配。

8．成品分裝工作站

成品分裝工作站主要由鋁合金型材基體、料倉、推料缸、遠程I/O控制等組成。為機器人提供裝配平臺。

9．條形碼處理單元

條形碼處理單元由的條形碼掃描處理器組成。用于對已封裝成品進行條形碼掃描讀取識別。

10．立體倉庫自動儲存工作站

立體倉庫自動儲存工作站主要由框架式底板、行走控制器、滾珠絲桿傳動機構、貨架、堆垛機、伸縮臂等組成。用于成品件及托盤的自動倉儲和管理。

11．變頻調速環行傳輸系統單元

變頻調速環行傳輸系統單元主要由鋁合金型材基體、環行傳輸線、自動轉向機構、變頻調速系統、自動定位系統、制動機構、遠程I/O控制等組成。可完成對加工件、成品件的輸送，不同工位的自動定位。

12．上位機監控系統單元

上位機監控系統單元由上位機及監控軟件、網絡通訊等組成。

TYKJ-F1101多總線柔性加工制造系統大致的工作流程是：

（1） 把不同屬性的毛坯件放入供料工作站的供料倉內，光電傳感器檢測到有工件信號之后，推料氣缸動作，將毛坯件送至傳輸帶，輸送至檢測與分揀工作站。

（2） 檢測與分揀工作站首先對毛坯件的外表面進行投影檢測，將輪廓不合格的毛坯件分揀剔除，合格的毛坯件送入下一工作工作站。

（3） 搬運機械手在等待區有信號之后，擺動到檢測合格毛坯件一側，氣缸伸出并下降到工件位置并抓取，上升并回收氣爪，將合格毛坯件擺回放置于環行傳輸系統的傳送帶上。

（4） 毛坯件到達上下料機械手等待區后，伸縮缸伸出，升降缸下降并抓取毛坯件，然后升降缸上升并縮回，旋轉缸動作旋轉90度后移至數控銑床加工工作站并將毛坯件釋放至加工位，伸縮缸縮回。

（5）數控銑床加工工作站工作，完成加工后，機械手將其抓回到傳輸帶上輸送至下一工作站。

（6） 當加工完成工件到達加工檢測工作站后傳輸帶停止動作，該工作站擺臂機構將其搬運至孔深檢測區，升降缸動作完成孔深檢測，擺臂機構再將工件送回傳輸帶，傳向下一工作工作站。

（7） 機器人單元將檢測不合格品放到廢料槽；將合格品抓送到成品裝配區，完成裝箱、封蓋動作，動作完成后將成品搬運至傳輸帶上。

（8） 條碼識別系統根據裝配箱已貼好的條碼分類記憶成品屬性，工件進入入庫等待區，立體庫堆垛機動作，將成品入庫。

三、系統的特征

TYKJ-F1101多總線柔性加工制造系統綜合應用了多學科技術，適用于機械原理、自動控制原理、機床數控原理、運動控制、工業工程、機電一體化技術、電氣控制與可編程控制器、傳感器與檢測技術、計算機控制技術等課程的實踐教學。

除此之外，TYKJ-F1101多總線柔性加工制造系統具有如下特點：

（1）各工作站和單元采用模塊化形式，各工作站和模塊易于搭建、拆卸和維護，各工作站和模塊之間可隨意組合，連接方便、快捷；

（2）系統中采用公司（如德國FESTO、日本SMC等）工業元件，質量可靠、性能穩定；

（3）通過本系統的學習，學生可以獲得氣動控制、伺服電機控制、傳感器、變頻技術、機器人、計算機網絡控制、現場總線等工業現場綜合技術和專業知識；

（4）控制模式分為手動控制和自動控制；

（5） 系統具有很高的兼容和擴展性，隨著工業現場技術的快速發展，本系統可以緊跟現場技術升級擴展，深入地滿足教學的需要；

（6） 系統可以進行二次開發與研究，鍛煉學習者創造性的思維和動手能力。也可根據客戶要求提供解決方案；

（7）具有良好的安全性能。

四、技術參數

1．輸入電源：:AC 220V±10%(單相三線)；

2．整體功率：<1.5kVA；

3．整體外形尺寸：4400mm×3800mm×1700mm；

4．氣源壓力：0.4MPa；

5．工作環境：溫度-5ºC～+40ºC；濕度85%（25ºC）；海拔＜4000m。

五、設備配置

1．供料傳輸工作站

2. 檢測與分揀工作站

3．搬運工作站

4．上下料機械手工作站

5．數控銑床加工工作站

6．加工檢測工作站

7．機器人單元

（1）機器人技術指標見表

    （2）設備配置見表14。

8．成品分裝工作站

9．條形碼識別單元

10，立體倉庫自動儲存工作站

11．變頻調速環行傳輸系統

12．上位機監控系統

系統控制采用Profibus現場總線，完成對各單元設備站之間的通訊，由工控機組態工作，在工控組態軟件中完成。

13．系統附件

五、實訓內容

1．可編程控制器

（1）數據傳輸功能實驗

（2）定時、計數、移位功能實驗

（3）比較功能實驗

（4）步進功能的應用實驗

（5）跳轉功能的應用實驗

（6）子程序調用功能的應用實驗

（7）中斷控制功能的應用實驗

（8）變頻調速控制實驗

（9）伺服電機控制實驗

（10）檢測系統的程序設計

（11）自動儲存系統的程序設計

2．傳感器技術及應用

（1）光電傳感器的特性分析及應用

（2）電感傳感器的特性分析及應用

（3）電磁傳感器的特性分析及應用

（4）位置傳感器的特性分析及應用

（5）光柵尺的特性分析及應用

（6）條碼識別系統特性分析及應用

3．氣動控制技術

（1）電控氣動閥的工作原理及應用

（2）真空發生器的工作原理及應用

（3）氣動二聯體的工作原理及應用

（4）各種氣缸的工作原理及應用

4．運動控制系統

（1）異步電機控制電路的連接與控制程序編寫

（2）異步電機調速控制電路的連接與控制程序編寫

（3）步進電機控制電路的連接與控制程序編寫

（4）交流伺服電機控制電路的連接與控制程序編寫

5．組態監控及人機界面技術

（1）組態監控軟件的基本應用

（2）組態監控軟件通信實驗

6．機械結構訓練技術

（1）帶傳動機構的設計及特性研究

（2）齒輪傳動機構的設計及特性研究

（3）鏈條鏈輪機構的設計與特性研究

（4）直線導軌的設計及特性研究

（5）滾珠絲桿的特性研究及應用

（6）齒型帶的設計及特性研究

7．故障檢測技術技能培訓

（1）程序故障設置的排除訓練

（2）參數故障設置的排除訓練

（3）電氣接線故障設置的排除訓練

（4）機械故障設置的排除訓練

8．網絡通訊技術和總線技術

（1）網絡通訊基礎的原理與應用

（2）PROFIBUS-DP模塊應用

（5）各種總線主站與從站之間的通訊