CN107219829A - 一种教学加工型智能制造集成系统 - Google Patents

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李宏胜
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Abstract

本发明涉及一种教学加工型智能制造集成系统，包括毛坯传送单元、FANUC系统数控车床和FANUC系统加工中心组成加工单元，通过上下料单元从毛坯传送单元对FANUC系统数控车床和FANUC系统加工中心上下料，并把成品送至分拣单元，分拣单元通过并联机器人对加工产品进行合格性和产品种类进行分拣，再通过装配单元进行装配或搬运，最后由三维搬运机构搬运至立体仓库。本发明系统简单、设计合理，组成部件通用化，可以进行丰富的工程化项目教学，也可以满足实际加工多种产品。

Description

一种教学加工型智能制造集成系统
技术领域
本发明涉及一种教学加工型智能制造集成系统，属于智能制造集成技术领域。
背景技术
在德国工业提出“工业4.0计划”， 美国提出“先进制造业国家战略计划”，日本提出“制造业白皮书”，制造业正成为国家竞争力的表现，我国提出“中国制造2025”和明确提出把工业化和信息化作为两化深度融合，国内一些高校早期也根据自身经费情况，建设了柔性制造系统 ，也有的由于经费有限，采用柔性制造及虚拟相结合的实验系统，也有自行设计的柔性制造系统实验平台。
柔性制造系统是2011年生产，主要由韩国起亚五轴加工中心、全功能数控车、六自由度搬运机器人、林肯焊接机器人、气动机械手、激光 内雕机和外雕机、三坐标影像测量仪等先进设备组成，生产线从功能上分：数控加工系统、仓储运输系统、机器人搬运系统、激光加工系统、图像采集系统组成，各部分通过工业以太网与上位机相连。具有工业加工型。
现有技术一种面向教学与科研的小型柔性制造系统平台，它由小型数控铣床和小型数控车床、关节型机械手、直角坐标机械手和传输装置组成。用PLC控制机械手等动作，用C语言编制开发了基于自动化接口访问OPC服务器的客户端程序,从而使系统可以通过Internet实现订单远程提交和设备状况监控。
柔性制造系统都是以PLC+PROFIBUS-DP总线为控制核心；监控都是用WINCC或组态王软件实现监控，用C语言编制OPC服务器的访问。普通以太网实现程序传输通讯。柔性线的组成主要有上料、加工、装配、焊接、传输，有用机器人上下料，有装配和焊接等都用机器人等。
工业以太网PROFINET代替PROFIBUS总线，还是选用PLC作为控制核心。整个柔性制造线由出库单元、变频主轴成型加工单元、工件尺寸检测单元、装配搬运单元、成品库单元等
柔性制造实训教学系统的研制，设计了基于 RV－3SD 机械手的柔性加工制造实训教学系统，由多台数控机床、PLC 控制系统、传感器检测单元、上料机构、立体仓库等组合成自动化生产线。上料机构机器人与各个部件连接控制通过开关量交换信息。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的缺陷，提出了一种教学加工型智能制造集成系统，将现有的一些的系统进行创造性的设计和集成，从而实现了新的使用功能，该集成系统设计合理，能够满足现有的需求。
本发明所采用的技术方案是：一种教学加工型智能制造集成系统，包括毛坯传送单元、FANUC系统数控车床和FANUC系统加工中心组成加工单元，通过上下料单元从毛坯传送单元对FANUC系统数控车床和FANUC系统加工中心上下料，并把成品送至分拣单元，分拣单元通过并联机器人对加工产品进行合格性和产品种类进行分拣，再通过装配单元进行装配或搬运，最后由三维搬运机构搬运至立体仓库。
在本发明中：所述的毛坯传送单元包括包括毛坯传送带；所述的FANUC系统数控车床包括配备四工位电动换刀机构的数控车床加工设备，该数控车床加工设备采用FANUC 0iTF系统，其规格为CK0620；所述的FANUC系统加工中心包括配备八把刀具的斗笠式刀库的加工中心加工设备，该加工中心加工设备采用FANUC 0i MF系统，其规格为XK0816。
在本发明中：所述的上下料单元包括配置了FANUC控制器机器人的上下料机构和桌面型轨道，所述的上下料机构安装在桌面型轨道上。
在本发明中：所述的桌面型轨道通过FANUC伺服电机或罗克韦尔伺服电机驱动滚珠丝杆移动。
在本发明中：还包括上下料机构的夹具自动快换单元，上下料机构的夹具自动快换单元配置了三种规格快换夹具，能在不改变机械和电气硬件结构的情况下，适合三种不同类型的产品加工。
在本发明中：所述的分拣单元包括分拣传送带、并联机器人和不合格产品筐，所述并联机器人的控制由1套罗克韦尔的伺服驱动器和伺服电机以及PAC控制器完成，同时配置了视觉系统或选配FANUC控制器并联机器人，便于区分产品是否合格和分拣的产品规格。
在本发明中：所述的装配单元包括一套以上的配有FANUC控制器的装配机器人，所述的装配机器人的数量与分拣单元分拣后的合格产品的规格相对应；所述的装配机器人将装配后的成品通过成品输送带输送到三维搬运机构。
在本发明中：还包括装配机器人的夹具更换单元，所述的夹具更换单元与装配机器人的产品规格数量保持一致。
在本发明中：所述的成品输送带设有汽缸和传感器，通过传感器检测单个成品通过，由汽缸伸出和缩回进行控制拦住成品。
在本发明中：所述的三维搬运机构包括XYZ三维结构组成，所述X轴和Z轴由伺服电机驱动滚珠丝杆移动；所述Y轴由汽缸伸出和收回，在端部设计成品夹紧和松开机构；在X和Z组成的滑台上设有旋转汽缸，保证当成品取到或放置在立体仓库中后旋转180度。
在本发明中：所述的立体仓库的规格为1200(mm)*800（mm）*300（mm），有12个仓储位置，3行4列，通过铝合金型材搭建而成，可放置12个成品，在每个存储位置内设有光电传感器，通过光电传感器检测把检测信号传送到存储控制器分站，为仓库成品搬运位置判断提供条件。
采用上述技术方案后，本发明的有益效果为：本发明系统组成构建清晰，组成部件通用化，连接简单，设计合理，可以进行丰富的工程化项目教学，也可以满足实际加工多种产品。
附图说明
图1为本发明中的集成装置的示意图。
图中：1.毛坯传送带；2.桌面型轨道；3.数控车床加工设备；4. 加工中心加工设备；5.上下料机构；6.夹具自动快换单元；7.分拣传送带；8.并联机器人；9.临时存贮区一；10.临时存贮区二；11.装配机器人一；12.成品输送带；13.装配机器人二；14.夹具更换单元一；15.夹具更换单元二；16.三维搬运机构；17.立体仓库；18.安全栅栏；19.出口；20.中控系统；21.大屏幕。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的说明。
由图1可见，一种教学加工型智能制造集成系统，包括毛坯传送单元、FANUC系统数控车床和FANUC系统加工中心组成加工单元，通过上下料单元从毛坯传送单元对FANUC系统数控车床和FANUC系统加工中心上下料，并把成品送至分拣单元，分拣单元通过并联机器人对加工产品进行合格性和产品种类进行分拣，再通过装配单元进行装配或搬运，最后由三维搬运机构16搬运至立体仓库17。所述的毛坯传送单元包括毛坯传送带1；所述的FANUC系统数控车床包括配备四工位电动换刀机构的数控车床加工设备3，该数控车床加工设备3采用FANUC 0i TF系统，其规格为CK0620；所述的FANUC系统加工中心包括配备八把刀具的斗笠式刀库的加工中心加工设备4，该加工中心加工设备4采用FANUC 0i MF系统，其规格为XK0816。所述的上下料单元包括配置了FANUC控制器机器人的上下料机构5和桌面型轨道2，所述的上下料机构5安装在桌面型轨道2上，所述的桌面型轨道2通过FANUC伺服电机或罗克韦尔伺服电机驱动滚珠丝杆移动。该系统同时还配置了上下料机构的夹具自动快换单元6，上下料机构的夹具自动快换单元6配置了三种规格快换夹具，能在不改变机械和电气硬件结构的情况下，适合三种不同类型的产品加工（根据实际需要时，可以实时的进行调整快换夹具的规格）。
所述的分拣单元包括分拣传送带7、并联机器人8和不合格产品筐（图中没有显示），所述并联机器人8的控制由1套罗克韦尔的伺服驱动器和伺服电机以及PAC控制器完成，同时配置了视觉系统，或选配FANUC控制器并联机器人，便于区分产品是否合格和分拣的产品规格。
所述的装配单元包括一套以上的配有FANUC控制器的装配机器人，本实施例中为2个配有FANUC控制器的装配机器人即装配机器人一11和装配机器人二13，所述的装配机器人的数量与分拣单元分拣后的合格产品的规格相对应（如果有一个规格的合格产品就配备一个装配机器人，以此类推）；所述的装配机器人将装配后的成品通过成品输送带12输送到三维搬运机构16。
其中与装配机器人相邻的区域还设有装配机器人的夹具更换单元，所述的夹具更换单元与装配机器人装配的产品规格保持一致，在本发明中包括夹具更换单元一14和夹具更换单元15二。
所述的成品输送带12设有汽缸和传感器，通过传感器检测单个的成品通过，由汽缸伸出和缩回进行控制拦住成品。所述的三维搬运机构16包括XYZ轴的三维结构组成，所述X轴和Z轴由伺服电机驱动滚珠丝杆移动；所述Y轴由汽缸伸出和收回，在端部设计成品夹紧和松开机构；在X和Z组成的滑台上设有旋转汽缸，保证当成品取到或放置在立体仓库17中后旋转180度；所述的立体仓库17的规格为1200(mm)*800（mm）*300（mm），有12个仓储位置，3行4列，通过铝合金型材搭建而成，可放置12个成品，在每个存储位置内设有光电传感器，通过光电传感器检测把检测信号传送到存储控制器分站，为仓库成品搬运位置判断提供条件。
具体实施时，在上下料动作过程中，可根据产品需求，选择动作工艺。以一个产品需先数控车床加工设备3加工再加工中心加工设备4加工动作流程如下：上下料机构5上的FANUC机器人从毛坯传送带1取料，首先送至数控车床加工设备3加工，在数控车床加工设备3加工过程中，再到毛坯传送带1取料；当数控车床加工设备3加工后，上下料机构5上的FANUC机器人把新毛坯和半成品交换，再把半成品搬运至加工中心加工设备4加工；再到毛坯传送带1取料，为下次上下料做准备；当加工中心加工设备4加工完成，上下料机构5上的FANUC机器人把加工的成品搬运至分拣传送带7，由并联机器人8根据定义工艺分拣。
以两个产品分别由数控车床加工设备3和加工中心加工设备4加工为例。上下料机构5上的FANUC机器人从毛坯传送带1取料，送至数控车床加工设备3加工；再到毛坯传送带1取料，送至加工中心加工设备4加工；再到毛坯传送带1取料，等待数控车床加工设备3加工完成，交换数控车床加工设备3加工成品和毛坯；再把数控车床加工设备3加工成品送至分拣传送带7进行分拣；再到毛坯传送带1取料，到加工中心加工设备4交换加工成品和毛坯，交换后，把加工中心加工设备4完成的成品送至分拣传送带7进行分拣。
在本实施例中，所述的装配单元设计了2个配有FANUC控制器的装配机器人即装配机器人一11和装配机器人二13。
以加工一个产品为例：当产品由分拣单元进行合格和不合格分拣后，若把合格产品分拣至临时存贮区一9的产品传送带，在传送带端部设计有产品单个通过装置，由传感器检测工件有无取走，若未取走，汽缸伸出拦住后续工件进入搬运区，若工件已取走，可允许1个工件进入待装配单元。由于只有一个工件，因此在装配单元只需1个机器人起着工件搬运作用，把分拣完的工件搬运至成品传送带12。
若以加工二个产品为例：在分拣单元分拣后，产品分别进入临时存贮区一9和临时存贮区二10的传送带。装配机器人一11和装配机器人二13根据装配工艺分别到临时存贮区一9和临时存贮区二10的传送带取工件进行装配，装配机器人一11和装配机器人二13都安装了视觉功能，安装前再鉴别工件是否合格和抓取的位置，为合格装配做准备。装配完的产品放置在成品传送带12，由成品传送带12传送至三维搬运机构16。
在上述操作中可以通过相应的控制箱对相应的系统进行控制，并由相应的服务器提供数据服务；如果该系统在相应的厂房里或学校教学区，为了避免系统集成设备安全和特别机器人动作范围对使用者的安全考虑，必须在集成系统周围安装安全栅栏18，并在安全栅栏18的相应处开有出口19，便于受过培训的操作人员或技术人员进出。该系统可以通过中控系统20进行监控，并可以实时的将集成系统的运行状况在大屏幕21上显示出来。
以上对本发明的具体实施方式进行了描述，但本发明并不限于以上描述。对于本领域的技术人员而言，任何对本技术方案的同等修改和替代都是在本发明的范围之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种教学加工型智能制造集成系统，其特征在于：包括毛坯传送单元、FANUC系统数控车床和FANUC系统加工中心组成加工单元，通过上下料单元从毛坯传送单元对FANUC系统数控车床和FANUC系统加工中心上下料，并把成品送至分拣单元，分拣单元通过并联机器人对加工产品进行合格性和产品种类进行分拣，再通过装配单元进行装配或搬运，最后由三维搬运机构搬运至立体仓库。
2.根据权利要求1所述的一种教学加工型智能制造集成系统，其特征在于：所述的毛坯传送单元包括毛坯传送带；所述的FANUC系统数控车床包括配备四工位电动换刀机构的数控车床加工设备，该数控车床加工设备采用FANUC 0i TF系统，其规格为CK0620；所述的FANUC系统加工中心包括配备八把刀具的斗笠式刀库的加工中心加工设备，该加工中心加工设备采用FANUC 0i MF系统，其规格为XK0816。
3.根据权利要求1所述的一种教学加工型智能制造集成系统，其特征在于：所述的上下料单元包括配置了FANUC控制器机器人的上下料机构和桌面型轨道，所述的上下料机构安装在桌面型轨道上；所述的桌面型轨道通过FANUC伺服电机或罗克韦尔伺服电机驱动滚珠丝杆移动。
4.根据权利要求3所述的一种教学加工型智能制造集成系统，其特征在于：还包括上下料机构的夹具自动快换单元，上下料机构的夹具自动快换单元配置了三种规格快换夹具，能在不改变机械和电气硬件结构的情况下，适合三种不同类型的产品加工。
5.根据权利要求1所述的一种教学加工型智能制造集成系统，其特征在于：所述的分拣单元包括分拣传送带、并联机器人和不合格产品筐，所述并联机器人的控制由1套罗克韦尔的伺服驱动器和伺服电机以及PAC控制器完成，同时配置了视觉系统，或选配FANUC控制器并联机器人，便于区分产品是否合格和分拣的产品规格。
6.根据权利要求1所述的一种教学加工型智能制造集成系统，其特征在于：所述的装配单元包括一套以上的配有FANUC控制器的装配机器人，所述的装配机器人的数量与分拣单元分拣后的合格产品的规格相对应；所述的装配机器人将装配后的成品通过成品输送带输送到三维搬运机构。
7.根据权利要求6所述的一种教学加工型智能制造集成系统，其特征在于：还包括装配机器人的夹具更换单元，所述的夹具更换单元与装配机器人的产品规格数量保持一致。
8.根据权利要求6所述的一种教学加工型智能制造集成系统，其特征在于：所述的成品输送带设有汽缸和传感器，通过传感器检测单个成品的通过，由汽缸伸出和缩回进行控制拦住成品。
9.根据权利要求1所述的一种教学加工型智能制造集成系统，其特征在于：所述的三维搬运机构包括XYZ轴的三维机构组成，所述X轴和Z轴由伺服电机驱动滚珠丝杆移动；所述Y轴由汽缸伸出和收回，在端部设计成品夹紧和松开机构；在X和Z组成的滑台上设有旋转汽缸，保证当成品取到或放置在立体仓库中后旋转180度。
10.根据权利要求1所述的一种教学加工型智能制造集成系统，其特征在于：所述的立体仓库的规格为1200(mm)*800（mm）*300（mm），有12个仓储位置，3行4列，通过铝合金型材搭建而成，可放置12个成品，在每个存储位置内设有光电传感器，通过光电传感器检测把检测信号传送到存储控制器分站，为仓库成品搬运位置判断提供条件。
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