CN201364682Y

CN201364682Y - 一种小型柔性制造系统实验平台

Info

Publication number: CN201364682Y
Application number: CNU2009200524923U
Authority: CN
Inventors: 姚锡凡; 梁爽; 张庆; 陈伟雄; 陈耀军; 葛动元; 张毅; 余铭奇
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2009-03-12
Filing date: 2009-03-12
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2019-03-12

Abstract

本实用新型公开一种小型柔性制造系统实验平台，由加工系统、物流系统和计算机控制系统组成，计算机控制系统包括上位机、PLC、控制器和控制计算机，加工系统包括若干台小型数控机床，通过计算机接口与上位机相连；物流系统包括工件输送系统、上下料机器人、料库、成品库和缓冲区；工件输送系统与PLC连接，可按需设定工位数；上下料机器人包括直角坐标机器人和关节型机器人，与PLC和控制器连接；上位机通过PLC数据线、计算机接口和网络分别与PLC、控制器、控制计算机连接。计算机控制系统和物流系统，将加工系统中的设备连接成一种面向教学与科研的小型柔性制造系统。本实用新型造价低、占地面积小，具有金属切削加工能力。

Description

一种小型柔性制造系统实验平台

技术领域

本实用新型涉及柔性制造系统实验平台，尤其是用于教学与科研的小型柔性制造系统实验平台。

背景技术

柔性制造系统(Flexible Manufacturing System，FMS)，是在计算机控制系统作用下，由自动装卸与输送系统将若干台数控机床或加工中心连接起来而构成的一种适合于多品种、中小批量生产的先进的制造系统。

FMS至少是由两台机床，一套物料运输系统和一套计算机控制系统所组成的制造系统，涉及的领域包括机床、电子技术、机器人技术、控制技术、计算机技术及系统工程等，它是一种集多种高新技术于一体的现代化制造系统，是现代计算机集成制造系统(Computer Manufacturing Integrated System，CMIS)不可缺少的重要的制造单元。

FMS作为一种高效率、高精度的制造系统，已成为机械自动化发展的重要方向之一。但是，面向工厂的现有生产型FMS，占地面积大、造价昂贵、使用成本高，难以适用于FMS教学与科研；而现有的教学型或科研型的FMS，往往沿用生产型的FMS设计理念，存在系统体积大、价格高等缺点，因使用率低，没能充分发挥FMS潜能，同时常常只能起到演示作用，缺少实际金属切削加工能力。

发明内容

本实用新型专利的目的在于提供一种小型柔性制造系统实验平台，适宜于FMS科研实验、教学实训，不仅造价低、占地面积小、使用成本低，而且具有金属切削加工功能，克服了现有FMS技术存在的系统体积大、造价高，或缺乏实际加工能力的缺点。

为实现上述目的，本实用新型专利所采用的技术方案是：

通过计算机、物流系统和小型机器人上下料装置，将若干台小型数控机床或加工中心连接而成一个集成化制造系统实验平台。整个实验平台系统组成可分为三部分：数控加工系统、物流系统和计算机控制系统。

1)数控加工系统包括若干台小型数控机床，通过接口和主控计算机相连接。能按照主控计算机的指令自动加工各种零件，既可单独加工运行又可以联机远程控制，具有实际加工能力。

2)物流系统包括物料的输送搬运和存储两个方面。物料输送搬运包括工件输送系统、上下料小型机器人装置，物料存储包括料库、成品库和缓冲区(缓冲站)。所述的工件输送系统包括滚珠丝杠副、导轨、滑块、电机和编码器，与PLC相连接，能按照PLC的指令传输工件。所述的上下料小型机器人装置包括直角坐标机器人和5自由度关节机器人，与PLC连接分别完成对铣床和车床加工工件的装夹和卸载。所述的缓冲区通过小型机器人装置实现，保证系统的柔性，调节各工位上加工时间的差异和缓解物料运输能力紧张。

3)FMS计算机控制系统实现整个系统的控制，硬件包括上位机(系统机)、PLC、控制器、控制计算机等。上位机通过专用PLC数据线与PLC连接，通过计算机接口(如并口或串口或USB)与关节机器人控制器连接，通过网络接口与控制计算机连接，它能根据生产计划控制和执行制造任务，监控系统的运行。系统采用递阶分布式控制结构，上层为系统控制器(上位机)，主要实现计划与任务优化调度、派送、多媒体系统监控；底层为设备控制器，包括加工设备控制、物流设备控制。底层的各控制装置具有局部自治能力，互相合作，共同完成该层的各种活动，具有分布控制的特点。

本实用新型的有益效果主要表现在：

(1)提供一个开放性高、参与性强的教学与科研型FMS实验平台，涉及物流仓储自动控制、机器人、系统监控、PLC控制、计算机网络通信、数据库、电机及驱动、气动技术等方面的知识；(2)递阶分布式控制体系结构结合了递阶式控制的合理层次性、数据一致性和分布式控制的自治性，使FMS的总体结构具有模块性、开放性和可扩展性；(3)可通过Internet/Intranet与外部计算机连接，进行参数远程设定、监控，实现设备管理与企业管理的集成；(4)具有丰富、生动的多媒体画面，可以图像、图符、报表、曲线等多种形式，为操作员及时提供系统运行中的状态、品质及异常报警等有关信息，以及集图像、声音、动画于一体的工程画面；(5)底层设备采用分布式控制，某一设备发生故障也不影响整个系统的运行，数控设备既可单独运行又可以联机远程控制。

附图说明

图1是本实用新型实施例中的一种小型柔性制造系统实验平台构成示意图。

图2是实施例中计算机控制系统结构示意图。

图中201-上位机，202-PLC，203-关节型机器人控制器，204-铣床控制计算机，205-车床控制计算机，206-直角坐标机器人，207-关节型机器人，208-工件输送装置，209-铣床，210-车床。

图3是由丝杆副和滑块等构成的工件输送装置。

图中301-光电编码器，302-电机，303-连轴器，304-直线导轨，305-滚珠丝杠，306-滑块，307-滚珠螺母，308-支撑轴承。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。

如图1所示的本实用新型一种小型柔性制造系统实验平台实施例，由一台直角坐标机器人1、一台小型数控铣床2、一台小型数控车床3、一台5自由度关节型机器人4、工件输送装置5、料库6、成品库7、缓冲区8和缓冲区9、计算机10和PLC11组成。整套设备占地面积约为1.6m×1.2m，可安放在相应尺寸的实验台面上。

数控加工系统由小型数控铣床2(如C000026型号铣床)和小型数控车床3(如C000056型号铣床)组成，负责完成零件(工件)的加工任务，它们可以作为系统的一部分进行工作，也可以作为单独的加工设备独立运行。机器人为数控车床和数控铣床提供毛坯的装载和半成品或零件的卸载工作，其中关节型机器人4完成数控车床的工件装卸，直角坐标机器人1完成数控铣床的工件装卸，工件输送装置5完成工件在加工设备(即铣床2和车床3)之间运输，料库6存放零件毛坯、成品库7存放加工好的零件，缓冲区8和缓冲区9暂时存放待加工工作。料库6缓冲区9在关节型机器人4的工作空间之内，而成品库7和缓冲区8在直角坐标机器人4的工作空间之内。系统控制过程由PLC11和上位机10等担当。

图2是实施例控制系统结构。计算机控制系统硬件包括上位机、PLC、控制器、控制计算机等。上位机201实现计划与任务派送，通过PLC数据线、计算机接口和网络分别与PLC202、关节型机器人控制器203、铣床控制计算机204、车床控制计算机205连接；直角坐标机器人206、工件输送系统207与PLC202连接；关节型机器人208与其控制器203连接，实现各关节电机控制，同时与PLC204连接，实现机械手的工件夹紧和张开动作。底设备状态通过PLC205、控制器206和控制计算机(204和205)反馈到上位机201。在与铣床209和车床210的相连的控制计算机(204和205)上，采用基于Windows的开放式计算机数控系统，同一台计算机既是编程系统又是数控系统，可以完成从复杂型面的造型、自动编程、模拟仿真到数控实验的全过程，若安装有CAD/CAM软件，如MasterCAM、UG、CAXA等软件，利用这些软件直接生成G代码并对机床进行加工控制，具有直线插补、圆弧插补、MDI运行、点动、模拟运行、自动运行、加工轨迹动态显示、程序动态显示等功能。数控机床加工的主要对象有：钢、铝、铜、硬质工程塑料、纯塑料、木制品等材料。可以在计算机上进行手动或自动编程。

图3是由滚珠丝杠副、导轨、滑块、电机和编码器构成的输送装置。电机302通过连轴器303与丝杠305相连，滑块306与滚珠丝杆副的螺母307相连。当电机302带动丝杠305旋转时，滑块306就沿丝杆轴向在两条固定的平行直线导轨304上滑动作平移运动，从而输送了放在滑块306上的工件。丝杆长度根据需要选定，通过编码器301计数和计算距离，在工件输送装置上可任意设定工作位置，如图1设定了两个工位，即工位B和工位A，分别对应车床与铣床工位。

假设零件加工工序是先车后铣，即先进行进行车削加工，为此关节型机器人4从料库6取出待加工的零件毛坯，并安装在数控车床3，按预定程序要求进行零件的前序车削加工。车削工序完成后，关节型机器人4从数控车床3卸下工作放在工件输送装置5的工位B上，PLC控制工件输送装置5驱动步进电机，将零件输送到工位A，直角坐标机器人1将工位A零件安放在数控铣床2上，并进行按预定程序要求进行零件的后序铣削加工，铣削工序完成后，直角坐标机器人1从数控铣床2卸下工作放在成品库7上。

上述描述是用于实现本实用新型及其实施例，示例中只包括两台机床，实用新型的范围不应由此描述来限定，本领域技术人员在不脱离本实用新型范围内的任何修改或替换，如增加机床台数和使用不同型式的丝杆输送装置，均属于本实用新型权利要求限定的范围。

Claims

1、一种小型柔性制造系统实验平台，包括加工系统、物流系统和计算机控制系统，所述计算机控制系统包括上位机、PLC、控制器和控制计算机，所述物流系统包括工件输送系统、上下料机器人、料库、成品库和缓冲区；其特征在于：加工系统包括不少于两台的数控机床，所述数控机床通过计算机接口与所述上位机相连；所述工件输送系统与PLC连接；上下料机器人与PLC和控制器连接；所述上位机分别通过PLC数据线、计算机接口和网络与PLC、控制器、控制计算机连接。

2、根据权利要求1所述的一种小型柔性制造系统实验平台，其特征在于所述控制器为机器人控制器。

3、根据权利要求1所述的一种小型柔性制造系统实验平台，其特征在于：所述数控机床为小型数控机床，数控机床与控制计算机相连，在相连的控制计算机上，采用开放式计算机数控系统，同一台计算机既是编程系统又是数控系统。

4、根据权利要求1所述的一种小型柔性制造系统实验平台，其特征在于：所述工件输送系统是由滚珠丝杠副、导轨、滑块、电机和编码器构成的输送装置，工件输送系统的工位数按需设定；所述电机通过连轴器与丝杠相连，滑块与滚珠丝杆副的螺母相连。

5、根据权利要求1～4任一项所述的一种小型柔性制造系统实验平台，其特征在于所述数控机床包括小型数控铣床和小型数控车床；所述上下料机器人装置包括关节型机器人和直角坐标机器人。