柔性生产加工系统实验设备介绍

    柔性生产加工系统实验设备是由计算机集成管理和控制、高效率地制造中小批量多品种零部件的自动化制造系统，如图所示。该系统仿真工业柔性制造系统的生产过程，为学生提供了综合训练的实验环境。

实验室系统示意图:

系统达到以下要求：

1） 新系统达到了柔性生产线的最基本的生产工艺流程，从工件的供给、检测、加工、到装配直到入库存储，完成一个完整的工艺流程；

2） 整合原有实验设备，在学校原先的设备上增加通讯模块，使之能跟新设备实现通讯协调，使原有设备没有一个浪费，全部融入到新系统中，最大化的得到利用，节约学校经费支出；

3） 优化实验设备布局，使用原来三个各自独立的设备，通过重新布局，增加新设备，使整个实验系统更完善、布局更合理，方便教学和参观的使用；

4） 新增机械手单元，伺服加工单元和检测单元使原有的系统中扩展的新技术、新课题，使原有的实验系统在技术上提升一个档次，更高极更贴近工业现场。

实验室主要功能：

5） 进行机电创新相关技术的课程研究基地，包括自动控制、传感器、电气传动、PLC、单片机应用开发、过程控制、现场总线、电机控制等等

6） 作为电气控制学院、自动化学院、机电学院等本科生、研究生开展课程设计和毕业设计的重要场所。

7） 教师和研究生进行机械设计、电气控制系统以及先进制造相关的技术开发、创新设计、理论研究的重要场所。

8） 从事机械设计、电气控制相关项目开发、应用开发的重要场所。

功能

供料检测单元可作为MPS系统中的起始单元，在整个系统中，起着向系统中的其它单元提供原料的作用。它的具体功能是：按照需要将放置在料仓中的待加工工件（原料）自动地取出，检测出工件的颜色和材质后并将其传送到下个工作单元或传送带上。 

1．I/O接线端口 

它是该工作单元与PLC之间进行通讯的线路联接端口。该工作单元中的所有电信号（直流电源、输入、输出）线路都接到该端口上，再通过信号电缆线连接到PLC上。

2．进料模块

该模块用于储存工件原料、并在需要时将料仓中的工件分离出来，为转送模块取走一个工件作好准备。 该模块主要由料仓、双作用气缸、推料块、工件检测传感器等组成。

进料模块的工作过程是这样的：工件垂直叠放在料仓中，推料杆位于料仓的底层并可从料仓的底部通过，推料杆与最下层的工件处于同一水平位置。当气缸驱动推料杆前进时，推料杆便把最下层的工件水平推到预定位置，从而把工件移出料仓；而当推料杆返回时，料仓中的工件在重力的作用下，就自动下落，向下移动一个工件，为下次工作作好了准备。

在推料缸的两个极限位置分别装有一个磁感应式接近开关，分别用于识别推料缸运动的两个极限位置。

在该模块料仓的底层位置，安装有对射式光电传感器的探头，用于检测料仓中存储料的情况（有无料）。

该对射式光电传感器由光纤（探头）和光电传感器主体组成。

对射式光电接近开关是指光发射器（光发射器探头或光源探头）与光接收器（光接收器探头）处于相对的位置工作的光电接近开关。

对射式光电接近开关的工作原理是：当物体通过传感器的光路时，光路被遮断，光接收器接收不到发射器发出的光，则接近开关的“触点”不动作；当光路上无物体遮断光线时，则光接收器可以接收到发射器传送的光，因而接近开关的“触点”动作，输出信号将被改变。

注意：光纤在安装和使用中，不能将光纤折成“死弯”或使其受到其它形式的损伤。 

3．转运模块

它的功能是吸取工件，并将工件传送到下一个工作单元。转运模块主要由旋转气缸、摆臂、真空吸盘、真空压力检测传感器、真空吸盘方向保持装置等组成。

旋转气缸是摆臂的驱动装置，其转轴的最大转角为180°，转角可以根据需要进行调整。 在转动气缸的两个极限位置上各装有一个磁感应式的接近开关，利用接近开关的信号状态来标识两个极限位置。 

真空吸盘用于抓取工件。吸盘内腔的负压（真空）是靠真空发生器产生的。

4．识别模块 

识别模块主要由3个传感器组成，即：电感传感器、反射式光电传感器和漫射式光电传感器；用于识别工件的材质及颜色。可以识别金属与非金属的材质，可以将金属、白、黑三种工件区分开。识别模块中的电感传感器、反射式光电传感器及漫射式光电传感器都属于接近开关类传感器，它们分别在以下情况下动作： 

电感传感器在有金属物质接近它时动作； 

反射式光电传感器在任何物质接近它时都动作；

漫射式光电传感器在接近它的物体反射回来的光线达到一定程度时动作。

识别模块的工作原理见下列真值表：

5．测量模块

测量模块的作用是测量工件的高度。它由一个模拟量传感器和传感器支架构成。该模拟量传感器实际上是一个由电位器构成的分压器 。 

该传感器与变送器一起构成一个测量工件高度尺寸的传感系统，由电阻式传感器将测量杆的位移量转变为电位器电阻值的变化，再经变送器器转换为0～0V的直流电压信号输出。输出的电压值与测量杆位移量之间成正比例关系。

测量模块由一个精密滑台气缸驱动，实现高度测量动作。

6．滑槽模块 

滑槽模块提供了两个物流方向。上滑槽可以将工件（合格工件）分流到下一个工作单元，上滑槽前段是由直流电机驱动的传送带；下滑槽可以用于模拟不合格工件的流向（即从本单元剔除）。

伺服加工单元

功能

加工单元可以模拟钻孔加工及钻孔质量检测的过程，并通过旋转工作台模拟物流传送的过程。 

加工单元主要组成机构有：旋转工作台模块、钻孔模块、钻孔检测模块及伺服驱动单元等。

1．旋转工作台模块 

旋转工作台模块主要由旋转工作台、工作台固定底盘、交流伺服电动机、蜗轮蜗杆减速器、定位块、电感式接近开关传感器、漫反射式光电传感器、支架等组成。 

在转动工作台上有六个工位，用于存放工件。在每个工位的下面都有一个定位块，电感式接近开关传感器感测这个定位块，用于判断工作台的转动位置,以便于进行定位控制。

2．钻孔模块 

钻孔模块主要由钻孔气缸、钻孔电机、电磁夹紧器等组成。 

钻孔模块用于实现钻孔加工过程。在钻孔气缸的两端安装有磁感应式接近开关，用于判断两个气缸运动的两个极限位置。 

3．检测模块 

检测模块用于实现对钻孔加工结果的模拟检测过程。检测模块主要由检测气缸、检测气缸固定架、检测模块支架及磁感应式接近开关组成。 

4．继电器 

继电器K1、K2，分别用于控制钻孔电机和电磁夹紧器。

6．提取模块

提取模块由一个杆不回转的扁活塞气缸和一个气动夹爪所组成。杆不回转的气缸能保证气动夹爪到夹取工件时位置不会偏转。

7．无杆气缸

无杆气缸完成工件的转移的任务。这种气缸的最大优点是节省了安装空间，特别适用于小缸径、长行程的场合。