主頁 > 技術(shù)文章 > 柔性制造機(jī)電一體化教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)2025-09-11

柔性制造機(jī)電一體化教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)

柔性制造機(jī)電一體化教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)用當(dāng)前先進(jìn)的工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)的用于教學(xué)培訓(xùn)的柔性制造系統(tǒng)。隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代自動(dòng)生產(chǎn)加工系統(tǒng)中的控制和操作技術(shù)越來越復(fù)雜，往往綜合了機(jī)械、氣動(dòng)、液壓、傳感器技術(shù)、PLC及伺服驅(qū)動(dòng)、數(shù)控技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、通信技術(shù)、柔性制造及計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)等多門學(xué)科，因此對(duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用技術(shù)人員也提出較高的要求。對(duì)于培養(yǎng)生產(chǎn)一線的技術(shù)應(yīng)用型人才的高等職業(yè)技術(shù)教育院校來說，提供模擬自動(dòng)化生產(chǎn)加工系統(tǒng)的綜合實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合工程應(yīng)用能力，滿足現(xiàn)代化企業(yè)生產(chǎn)的需求是我們的教學(xué)理念。在教學(xué)中我們引入了德國(guó)某公司的F’MS50系統(tǒng)，也稱為柔性制造系統(tǒng)機(jī)電一體化培訓(xùn)設(shè)備。

2、系統(tǒng)的組成和功能：
  此柔性制造系統(tǒng)是一套模擬實(shí)際工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中不同復(fù)雜程度控制過程的柔性加工中心。根據(jù)系統(tǒng)的不同運(yùn)行狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)加工過程的改變和控制。圖1所示為該物流系統(tǒng)的平面示意圖，整個(gè)系統(tǒng)由以下13個(gè)工作站組成:①供料站;②檢測(cè)站;③提取站;④加工站;⑤圖像處理站;⑥裝配站;⑦暫存站;⑧提取站;⑨成品分裝站;⑩閉環(huán)柔性輸送裝置;⑧柔性加工系統(tǒng)上下料機(jī)器人;⑩數(shù)控車床;⑩數(shù)控銑床。
  該系統(tǒng)的生產(chǎn)過程模擬短行程氣缸的裝配，其中包括的零件有:缸體、活塞、彈簧和端蓋。整個(gè)加工系統(tǒng)的流程為:工件由送料站送人檢測(cè)站~檢測(cè)站檢測(cè)工件的狀況~將合格零件放人傳送帶上的工件運(yùn)送車上~由提取站中的機(jī)械手上下料裝置將工件放人加工站進(jìn)行加工~再將工件放回傳送帶上~工件經(jīng)過圖像處理站時(shí)由工業(yè)圖像處理系統(tǒng)檢測(cè)將要進(jìn)行裝配的工件形狀是否合格~合格工件進(jìn)人下一個(gè)站(不合格工件將被剔除)~裝配站中的五軸機(jī)器人對(duì)氣缸進(jìn)行組裝(其中缸體由傳送帶運(yùn)送，活塞儲(chǔ)存在裝配站的貨盤上，端蓋和彈簧儲(chǔ)存在料艙中)~暫存站將裝配好的工件暫存于高層倉庫中(可按需要將工件放回到傳送帶上)一由提取站中的機(jī)械手上下料裝置按工件的顏色將工件從傳送帶上放人成品分裝站中~成品分裝站完成成品輸出。
   此系統(tǒng)是一個(gè)可以擴(kuò)展的可以連接多個(gè)工作站的系統(tǒng)，并在生產(chǎn)過程中可柔性地面對(duì)運(yùn)行狀態(tài)且可以按相應(yīng)的情況控制物流。其主要單元是負(fù)責(zé)向系統(tǒng)內(nèi)個(gè)工作站間輸送零件的閉環(huán)柔性輸送裝置。每個(gè)工作站中都帶有由STEMENS S7一300系列控制器和數(shù)字量vo模塊組成的控制板，控制板與工作站的連接通過一根標(biāo)準(zhǔn)的vo電纜連接。傳送系統(tǒng)的控制也由SIEMENS S7實(shí)現(xiàn)。工作站之間的通信由vo接口定義，傳送系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳送由AS一1(執(zhí)行器和數(shù)字傳感器組成的網(wǎng)絡(luò))總線實(shí)現(xiàn)。工作站與傳送系統(tǒng)之間的通信通過vo接口定義。在FMSSo中使用SIEMENS的WinCC對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視，控制以及數(shù)據(jù)采集。為了實(shí)現(xiàn)WinCC和PLC之間的數(shù)據(jù)交換，該系統(tǒng)采用了Profibus一DP現(xiàn)場(chǎng)總線。WinCC發(fā)送數(shù)據(jù)到PLC，同時(shí)從PLC接收數(shù)據(jù)信息。通過WinCC在主機(jī)中按照級(jí)別的優(yōu)先權(quán)監(jiān)控每個(gè)設(shè)備的運(yùn)行情況，并且通過一根電纜即可完成在線對(duì)PLC S7編程和故障診斷。
   該系統(tǒng)包含實(shí)際生產(chǎn)加工的主要功能:來料分配、工件檢測(cè)、工件操作(機(jī)械手上下料)、工件加工及處理、質(zhì)量控制(圖像處理)、自動(dòng)裝配(五軸機(jī)器人裝配)、立體倉庫(料倉)、工件輸出、工件分揀、閉環(huán)柔性輸送裝置、數(shù)控加工等。使用該系統(tǒng)應(yīng)可以完成不同復(fù)雜程度、各種主要課題的教學(xué)培訓(xùn)，如:氣動(dòng)技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、通信技術(shù)、機(jī)械手技術(shù)、傳感器技術(shù)、PLC技術(shù)、電氣/電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳動(dòng)技術(shù)、物流技術(shù)、數(shù)控技術(shù)和系統(tǒng)管理等。
3、模塊化工作站：
   構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)FMS50中的各工作站均包括獨(dú)立的電氣和可編程控制器單元，帶有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)vo接口用于與PLC板的連接。機(jī)械和氣動(dòng)單元按照各工作站的不同生產(chǎn)功能可以由標(biāo)準(zhǔn)模塊組裝而成，靈活性較大，氣動(dòng)系統(tǒng)的控制原理相似。
以工件提取站為例，該站完成將工件從傳送帶上提取并將其放置在加工站上的分度盤上的任務(wù)。它的主要組成模塊是完成x軸運(yùn)動(dòng)(運(yùn)送工件)的無桿氣缸A、完成:軸運(yùn)動(dòng)(提放工件)的扁平氣缸(提升缸)B，氣動(dòng)平行抓手C(抓取工件)和由3片緊湊型閥組成閥島CPV10及滑槽模塊。氣動(dòng)控制回路圖如圖2所示。圖中A缸和B缸控制回路中的單向節(jié)流閥用于控制兩缸的行進(jìn)速度;A缸控制回路中的兩個(gè)氣控單向閥在回路中形成氣動(dòng)鎖，是一種安全措施，可使氣缸在系統(tǒng)斷電或停氣時(shí)在任意位置保持不動(dòng)。閥島中的3個(gè)電磁閥C,M,M分別控制氣缸A,B,C。其中C型電磁閥由兩個(gè)常斷式單電控二位三通電磁閥組成;M型電磁閥是單電控二位五通電磁閥。
   模塊化工作站的特點(diǎn)是工作站中的小型模塊應(yīng)該能夠體現(xiàn)生產(chǎn)加工中的各種單獨(dú)功能或組裝加工，采用的控制模式與實(shí)際生產(chǎn)中相同，每個(gè)工作站均包含獨(dú)立的電氣及可編程序控制器單元且采用標(biāo)準(zhǔn)的電氣接口，每個(gè)工作站本身可以單獨(dú)用于教學(xué)實(shí)訓(xùn)，每個(gè)模塊都具有相應(yīng)的培訓(xùn)內(nèi)容，各工作站之間通過電纜或總線連接可以形成不同形式的柔性制造系統(tǒng)。
4、該系統(tǒng)的教學(xué)培訓(xùn)理念：
   FMS50系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)，可以單獨(dú)訓(xùn)練PLC編程和機(jī)器人操作技術(shù)及各工作站，如工件自動(dòng)裝配、自動(dòng)輸送、緩沖倉儲(chǔ)等。在教學(xué)實(shí)踐中，采用模塊化教學(xué)方法，教學(xué)的過程從基礎(chǔ)簡(jiǎn)單的操作和控制逐步擴(kuò)展到復(fù)雜操作的控制，具體操作是將學(xué)生分組訓(xùn)練，每組學(xué)生要完成從模塊的機(jī)械、氣動(dòng)與電氣元件組裝安裝到工作站的氣動(dòng)與電氣回路連接，再根據(jù)工藝要求進(jìn)行PLC編程，調(diào)試、操作、維修及故障排除。在工作站之間的連接和工作站與傳送系統(tǒng)的連接過程中，學(xué)生可以了解到vo通信和總線控制技術(shù)。并且通過監(jiān)視、控制以及數(shù)據(jù)采集軟件vvn}rcc，了解系統(tǒng)的物流和信息流運(yùn)行情況。在整個(gè)訓(xùn)練過程中可以使學(xué)生將所學(xué)過的專業(yè)知識(shí)加以綜合應(yīng)用，并能培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、獨(dú)立思考能力及團(tuán)隊(duì)合作精神。由于該系統(tǒng)是開放式的，學(xué)生可以在訓(xùn)練中加人自己的創(chuàng)新思想，重新組合或開發(fā)新的工作站，組成不同的機(jī)電一體化系統(tǒng)。在高層次的訓(xùn)練中，可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行諸如遠(yuǎn)程控制、圖像識(shí)別、機(jī)器人、交互式仿真系統(tǒng)COS/MIR軟件(提供建模、運(yùn)動(dòng)仿真及三菱機(jī)器人編程仿真)等知識(shí)的培訓(xùn)。
5、結(jié)束語：
   這種系統(tǒng)由于集成真實(shí)工業(yè)元件、控制系統(tǒng)及軟件，且采用的技術(shù)均是目前世界上在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)最先進(jìn)最前沿的技術(shù)，具有綜合性、模塊化及可擴(kuò)充等特點(diǎn)。它能滿足學(xué)生不同的技術(shù)基礎(chǔ)，具有較好的完整性、靈活性和適用性。實(shí)際教學(xué)證明，該系統(tǒng)成功地調(diào)動(dòng)和開發(fā)了學(xué)生在機(jī)電一體化綜合應(yīng)用技術(shù)方面的個(gè)人學(xué)習(xí)潛力和創(chuàng)新能力，實(shí)用性強(qiáng)，能夠滿足對(duì)機(jī)電一體化高級(jí)技術(shù)人才的培養(yǎng)。

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