機械制造自動化實驗指導書159

1、 機械制造自動化技術(shù) 實驗指導書 李菊麗 伍文進 趙恩蘭 編 徐州工程學院機電學院 機械制造及其自動化教研室 2015.9實驗一 小型柔性制造系統(tǒng)一、實驗?zāi)康?. 熟悉柔性制造系統(tǒng)的功能特點、基本組成、控制原理和工作過程；2. 掌握自動導向小車的特點及工作原理。二、實驗設(shè)備小型柔性制造系統(tǒng)實驗裝置如圖1所示，包括供料單元、檢測單元、加工單元、安裝搬運單元、安裝單元、提取安裝單元、操作手單元、立體存儲單元及AGV物流系統(tǒng)。圖1 小型柔性制造系統(tǒng)的組成三、實驗原理及內(nèi)容該實驗裝置是集機、光、電、氣為一體的自動化實訓系統(tǒng)，可模擬完成從原料供給、加工檢測，到組合裝配，最后分類存儲的自動化生產(chǎn)過程。如圖

2、2所示，系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，利用各種機械裝置實現(xiàn)物料傳送、機械加工及裝配存儲過程；各模塊有獨立的PLC及運動控制，既可單獨使用，也可組合在一起形成生產(chǎn)自動線，便于學習控制、編程、裝配和調(diào)試技術(shù)。系統(tǒng)使用三種軟件相互通訊，組態(tài)王軟件對整套系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)控，MES生產(chǎn)管理軟件進行任務(wù)下單、信息存儲和監(jiān)控管理，無線調(diào)度軟件通過無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與各AGV之間的通訊和調(diào)度，完成工件的傳送。圖2 小型柔性制造系統(tǒng)實驗裝置（一）供料單元結(jié)構(gòu)與功能供料單元起著向FMS系統(tǒng)供應(yīng)原料的作用。它的具體功能是：按照訂單需求由雙作用氣缸從料倉中逐一推出待加工工件（原料），轉(zhuǎn)運模塊上的真空吸盤將工件吸起，在旋轉(zhuǎn)缸的驅(qū)動下將工件傳

3、送到下個工作單元。1I/O接線端口 它是該工作單元與PLC之間進行通訊的線路聯(lián)接端口。該工作單元中的所有電信號（直流電源、輸入、輸出）線路都接到該端口上，再通過信號電纜線連接到PLC上。2進料模塊 該模塊用于儲存工件原料并在需要時將料倉中的工件分離出來，為轉(zhuǎn)送模塊取走一個工件作好準備。該模塊主要由料倉、雙作用氣缸、推料塊、工件檢測傳感器等組成。進料模塊工作時，工件垂直疊放在料倉中，推料桿位于料倉的底層并可從料倉的底部通過，推料桿與最下層的工件處于同一水平位置。當氣缸驅(qū)動推料桿前進時，推料桿便把最下層的工件水平推到預(yù)定位置，從而把工件移出料倉；而當推料桿返回時，料倉中的工件在重力的作用下，就自動

4、下落，向下移動一個工件，為下次工作作好了準備。在推料缸的兩個極限位置分別裝有一個磁感應(yīng)式接近開關(guān)，分別用于識別推料缸運動的兩個極限位置。在該模塊料倉的底層位置，安裝有對射式光電傳感器的探頭，用于檢測料倉中存儲料的情況（有無料）。該對射式光電傳感器由光纖（探頭）和光電傳感器主體組成。對射式光電接近開關(guān)是指光發(fā)射器與光接收器處于相對的位置工作的光電接近開關(guān)。其工作原理是：當物體通過傳感器的光路時，光路被遮斷，光接收器接收不到發(fā)射器發(fā)出的光，則接近開關(guān)的“觸點”不動作；當光路上無物體遮斷光線時，則光接收器可以接收到發(fā)射器傳送的光，因而接近開關(guān)的“觸點”動作，輸出信號將被改變。3轉(zhuǎn)運模塊 它的功能是吸

5、取工件，并將工件傳送到下一個工作單元。轉(zhuǎn)運模塊主要由旋轉(zhuǎn)氣缸、擺臂、真空吸盤、真空壓力檢測傳感器、真空吸盤方向保持裝置等組成。 旋轉(zhuǎn)氣缸是擺臂的驅(qū)動裝置，其轉(zhuǎn)軸的最大轉(zhuǎn)角為180°，轉(zhuǎn)角可以根據(jù)需要進行調(diào)整。 在轉(zhuǎn)動氣缸的兩個極限位置上各裝有一個磁感應(yīng)式的接近開關(guān)，利用接近開關(guān)的信號狀態(tài)來標識兩個極限位置。 真空吸盤用于抓取工件。吸盤內(nèi)腔的負壓（真空）是靠真空發(fā)生器產(chǎn)生的。真空檢測傳感器是具有開關(guān)量輸出的真空壓力檢測裝置。當進氣口的氣壓小于一定的負壓值時，傳感器動作，輸出開關(guān)量1，同時LED點亮，否則，輸出信號0，LED熄滅。真空吸盤方向保持裝置的作用是：使真空吸盤在擺臂轉(zhuǎn)動的過程中

6、始終保持垂直向下的姿態(tài)，以使被運送的工件在運送過程中不致翻轉(zhuǎn)。它的工作原理是：旋轉(zhuǎn)氣缸固定在支架上，輸出軸從固定齒輪的軸孔中穿過，并可自由轉(zhuǎn)動，擺臂則固定在旋轉(zhuǎn)氣缸的轉(zhuǎn)軸上；擺臂的另一端安裝有一個可以自由轉(zhuǎn)動帶有齒輪的吸嘴，吸嘴的齒輪與旋轉(zhuǎn)氣缸輸出軸外圍的固定齒輪通過一個同步帶相連。當旋轉(zhuǎn)氣缸驅(qū)動擺臂轉(zhuǎn)動時，擺臂與固定齒輪之間形成相對運動，導致同步帶的運動，通過同步帶帶動了吸嘴的轉(zhuǎn)動；固定齒輪與活動齒輪的傳動比為1：1，這樣擺臂轉(zhuǎn)動的角度等于吸嘴轉(zhuǎn)動的角度，因此，保證了吸嘴在擺臂轉(zhuǎn)動的過程中始終保持方向不變。4控制任務(wù) 當設(shè)備接通電源與氣源、PLC運行后，首先執(zhí)行復(fù)位動作，推料缸縮回到位，旋轉(zhuǎn)

7、擺臂擺回到位。然后進入工作運行模式，按啟動按鈕時，供料單元的執(zhí)行機構(gòu)將把存放在料倉中的工件取出并轉(zhuǎn)送出去，然后各執(zhí)行機構(gòu)回到初始位置。即每執(zhí)行一個新的工作循環(huán)都需按一次啟動按鈕。要求在啟動前，供料單元的執(zhí)行機構(gòu)必須是處于初始位置，且料倉中有工件，否則不允許啟動。 （二）檢測單元結(jié)構(gòu)與功能檢測單元的主要任務(wù)有兩個，即：識別工件材料和檢測工件的尺寸。在FMS系統(tǒng)中，它是將供料單元提供的工件進行材料識別及尺寸的檢測，并根據(jù)要求將滿足條件的工件通過滑槽送到下一個工作單元，對于不符合要求的工件在本單元中剔除。該單元模擬了實際生產(chǎn)中對原材料的檢測情況。 檢測單元主要組成為：I/O接線端口；識別模塊；升降模

8、塊；測量模塊；滑槽模塊等。1識別模塊 識別模塊主要由3個傳感器組成，即：電感傳感器、反射式光電傳感器和漫射式光電傳感器；用于識別工件的材質(zhì)及顏色?？梢宰R別金屬與非金屬的材質(zhì)，可以將金屬、白、黑三種工件區(qū)分開。識別模塊中的電感傳感器、反射式光電傳感器及漫射式光電傳感器都屬于接近開關(guān)類傳感器，它們分別在以下情況下動作： 電感傳感器在有金屬物質(zhì)接近它時動作； 反射式光電傳感器在任何物質(zhì)接近它時都動作； 漫射式光電傳感器在接近它的物體反射回來的光線達到一定程度時動作。 識別模塊的工作原理見下列真值表傳感器類型材質(zhì)及顏色金屬、紅色尼龍、白色尼龍、黑色電感式傳感器100漫反射式光電傳感器110反射式光電傳

9、感器111（1）電感式傳感器電感式接近開關(guān)就是利用電渦流效應(yīng)制造的傳感器。 高頻振蕩型電感式接近開關(guān)：它以高頻振蕩器（LC振蕩器）中的電感線圈作為檢測元件，利用被測金屬物體接近電感線圈時產(chǎn)生的渦流效應(yīng)，引起振蕩器振幅或頻率的變化，由傳感器的信號調(diào)理電路將該變化轉(zhuǎn)換成開關(guān)量輸出，從而達到檢測的目的。 差動線圈型電感式接近開關(guān)：它有兩個電感線圈，由其中一個電感線圈作為檢測線圈，另一個電感線圈作為比較線圈；由于被測金屬物體接近檢測線圈時會產(chǎn)生渦流效應(yīng)，從而引起檢測線圈中磁通的變化，檢測線圈的磁通與比較線圈的磁通進行比較，然后利用比較后的磁通差，經(jīng)由傳感器的信號調(diào)理電路將該磁通差轉(zhuǎn)換成電的開關(guān)量輸出，

10、從而達到檢測的目的。 （2）反射式光電接近開關(guān) 反射式光電接近開關(guān)的光發(fā)射器與光接收器處于同一側(cè)位置，且光發(fā)射器與光接收器為一體化的結(jié)構(gòu)，在其相對的位置上安置一個反光鏡，光發(fā)射器發(fā)出的光經(jīng)反光鏡反射回來后由光接收器接收。 （3）漫射式（漫反射式）光電接近開關(guān) 漫射式光電接近開關(guān)是利用光照射到被測物體上后反射回來的光線而工作的，由于物體反射的光線為漫射光，故該種傳感器稱為漫射式光電接近開關(guān)。 漫反射式光電接近開關(guān)，它的光發(fā)射器與光接收器處于同一側(cè)位置，且為一體化的結(jié)構(gòu)。在工作時，光發(fā)射器始終發(fā)射檢測光，當接近開關(guān)的前方一定距離內(nèi)沒有物體時，則沒有光被反射回來，接近開關(guān)就處于常態(tài)而不動作；如果在接

11、近開關(guān)的前方一定距離內(nèi)出現(xiàn)物體，只要反射回來的光的強度足夠，則接收器接收到足夠的漫射光后就會使接近開關(guān)動作而改變輸出的狀態(tài)。我們?yōu)槭裁磿谌展庀驴吹讲煌伾奈矬w？這是因為物體對不同頻率的光吸收作用不同，如果物體將所有頻率的光（白光）全部反射回來，則我們看到的物體就是白色；如果物體將所有頻率的光全部吸收，則我們看到的物體就是黑色的。如果物體吸收一部分頻率的光，而將其余部分的光反射出來，則我們看到的就是反射光的顏色。原則上黑色物體是不能被漫反射式光電開關(guān)檢測到的，但由于物體表面粗糙度不同，一些表面光滑的黑色物體仍能反射一部分光，因此靈敏度高的漫反射光電接近開關(guān)仍能檢測到這樣的黑色物體。而我們的上

12、料檢測單元和檢測單元上檢測工件顏色就是利用這個原理來分辨出工件的黑與白的。2測量模塊測量模塊的作用是測量工件的高度。它由一個模擬量傳感器和傳感器支架構(gòu)成。該模擬量傳感器實際上是一個由電位器構(gòu)成的分壓器 。該傳感器與變送器一起構(gòu)成一個測量工件高度尺寸的傳感系統(tǒng)，由電阻式傳感器將測量桿的位移量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娢黄麟娮柚档淖兓?，再?jīng)變送器器轉(zhuǎn)換為00V的直流電壓信號輸出。輸出的電壓值與測量桿位移量之間成正比例關(guān)系。測量模塊由一個精密滑臺氣缸驅(qū)動，實現(xiàn)高度測量動作。3升降模塊 升降模塊的作用是將工件由下方運送到上方，準備檢測和分流。它主要由一個無桿氣缸、一個雙作用直線氣缸、一個工作平臺組成。 4滑槽模塊 滑槽

13、模塊提供了兩個物流方向。上滑槽可以將工件（合格工件）分流到下一個工作單元，上滑槽前段是由直流電機驅(qū)動的傳送帶；下滑槽可以用于模擬不合格工件的流向（即從本單元剔除）。 5控制任務(wù) 當設(shè)備接通電源與氣源、PLC運行后，首先執(zhí)行復(fù)位動作，無桿缸驅(qū)動的工件托盤下降縮回到位，檢測頭縮回到位，工件托盤上無工件。然后進入工作運行模式，放入一個工件，按啟動按鈕時，檢測單元首先對工件的顏色及材質(zhì)進行識別，并將識別的結(jié)果儲存起來；然后將工作平臺升至上端，根據(jù)信號將工件從滑槽中推出去；最后各執(zhí)行機構(gòu)都返回到初始位置。（三）加工單元結(jié)構(gòu)與功能加工單元可以模擬鉆孔加工及鉆孔質(zhì)量檢測的過程，并通過旋轉(zhuǎn)工作臺模擬物流傳送的

14、過程。加工單元主要組成機構(gòu)有：旋轉(zhuǎn)工作臺模塊、鉆孔模塊、鉆孔檢測模塊及伺服驅(qū)動單元等。1旋轉(zhuǎn)工作臺模塊 旋轉(zhuǎn)工作臺模塊主要由旋轉(zhuǎn)工作臺、工作臺固定底盤、交流伺服電動機、蝸輪蝸桿減速器、定位塊、電感式接近開關(guān)傳感器、漫反射式光電傳感器、支架等組成。 在轉(zhuǎn)動工作臺上有六個工位，用于存放工件。在每個工位的下面都有一個定位塊，電感式接近開關(guān)傳感器感測這個定位塊，用于判斷工作臺的轉(zhuǎn)動位置,以便于進行定位控制。2鉆孔模塊 鉆孔模塊主要由鉆孔氣缸、鉆孔電機、電磁夾緊器等組成。鉆孔模塊用于實現(xiàn)鉆孔加工過程。在鉆孔氣缸的兩端安裝有磁感應(yīng)式接近開關(guān)，用于判斷兩個氣缸運動的兩個極限位置。 3檢測模塊 檢測模塊用于實

15、現(xiàn)對鉆孔加工結(jié)果的模擬檢測過程。檢測模塊主要由檢測氣缸、檢測氣缸固定架、檢測模塊支架及磁感應(yīng)式接近開關(guān)組成。 4繼電器 繼電器K1、K2，分別用于控制鉆孔電機和電磁夾緊器。 5控制任務(wù) 當設(shè)備接通電源與氣源、PLC運行后，首先執(zhí)行復(fù)位動作，鉆孔電機上升縮回到位，檢測頭縮回到位，夾緊頭縮回到位，旋轉(zhuǎn)工作臺旋轉(zhuǎn)到位。然后進入工作運行模式，在輸入工位上有工件的情況下，當按觸啟動按鈕時，旋轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)動，將工件傳送到加工工位進行鉆孔加工；鉆孔加工后，旋轉(zhuǎn)工作臺再轉(zhuǎn)動一個工位，將工件送到檢測工位進行鉆孔質(zhì)量的檢測；最后工件被送到輸出工位。輸出工位的工件由人工取走。（四）安裝搬運單元結(jié)構(gòu)與功能安裝搬運單元可

16、以模擬提取工件、按照要求將工件分流的過程，同時能提供一個安裝工位，實現(xiàn)大、小工件的組裝。安裝搬運單元主要由提取模塊、工件平臺、直線轉(zhuǎn)圓周運動裝置、氣源處理組件、I/O接線端口、閥組等組成。 1I/O接線端口 它是該工作單元與PLC之間進行通訊的線路聯(lián)接端口。該工作單元中的所有電信號（直流電源、輸入、輸出）線路都接到該端口上，再通過信號電纜線連接到PLC上。2提取模塊 該模塊實際上也是一個“氣動機械手”，主要由一個直線氣缸（上下擺動）、擺臂和氣動夾爪等組成。擺臂相當于了氣動機械手的“手臂”，只是在這時不能伸縮，只能上下擺動，它由一個安裝在下方的直線氣缸驅(qū)動，在擺臂的前端安裝有一個氣動夾爪，用于抓

17、取工件。3直線轉(zhuǎn)圓周運動裝置提取模塊的左右移動及旋轉(zhuǎn)由兩個直線氣缸所控制，它通過一定的機械轉(zhuǎn)換裝，在實現(xiàn)直線運動的同時還能提供圓周運動，這樣在本單元上可提供四個工位，分別為左工位（提取工位）、左上工位（安裝工位）、右上工位（未用）和右工位（輸出工位）。4工件平臺工件平臺安裝在安裝工位上，用于實現(xiàn)大、小工件的組裝。5控制任務(wù) 當設(shè)備接通電源與氣源、PLC運行后，首先執(zhí)行復(fù)位動作，夾爪打開、擺臂上抬到位，兩個直線氣缸驅(qū)動擺臂左轉(zhuǎn)到最左端。進入工作運行模式，按啟動按鈕，擺臂下降夾取工件，抬起后轉(zhuǎn)安裝工位，擺臂下降后釋放大工件，然后上抬等待小工件的安裝（用計時器模擬安裝好的信號），有信號后擺臂再次下降

18、夾取工件，上抬后轉(zhuǎn)輸出工位；等待輸出信號，按下啟動按鈕，擺臂下，放開工件，上抬后擺臂轉(zhuǎn)左工位，再次等待下一個工作信號。（五）安裝單元結(jié)構(gòu)與功能安裝單元在整個系統(tǒng)中，起著向系統(tǒng)中的其它單元提供裝配用的小工件。它的具體功能是：按照需要將放置在料倉中的待安裝的小工件（黑、白雙色）自動地取出，并將其傳送到下個工作單元上的大工件空腔中。 安裝單元主要由I/O接線端口、料倉模塊、轉(zhuǎn)運模塊、小工件平臺、氣源處理組件、閥組等部件組成。1I/O接線端口 它是該工作單元與PLC之間進行通訊的線路聯(lián)接端口。該工作單元中的所有電信號（直流電源、輸入、輸出）線路都接到該端口上，再通過信號電纜線連接到PLC上。2料倉模塊

19、 該模塊用于儲存小工件、并在需要時將料倉中的工件分離出來，為轉(zhuǎn)送模塊取走一個小工件作好準備。 該模塊主要由料倉、換向氣缸、推料缸，推料塊、小工件平臺等組成。料倉模塊的工作過程是這樣的：兩色小工件分別垂直疊放在各自的料倉中，推料桿位于料倉的底層并可從料倉的底部通過，推料桿與最下層的工件處于同一水平位置。當氣缸驅(qū)動推料桿前進時，推料桿便把最下層的工件水平推到預(yù)定位置（小工件平臺），從而把工件移出料倉；而當推料桿返回時，料倉中的工件在重力的作用下，就自動下落，向下移動一個工件，為下次工作作好了準備。在推料缸的兩個極限位置分別裝有一個磁感應(yīng)式接近開關(guān)，分別用于識別推料缸運動的兩個極限位置。在該模塊的料

20、倉有兩個料倉，分別裝著黑、白兩色小工件，根據(jù)需要而選擇輸出哪種顏色的小工件，而料倉的換向問題由一個雙作用的換向氣缸解決。3轉(zhuǎn)運模塊 它的功能是吸取工件，并將工件傳送到下一個工作單元。轉(zhuǎn)運模塊主要由旋轉(zhuǎn)氣缸、擺臂、真空吸盤、真空壓力檢測傳感器、真空吸盤方向保持裝置等組成。 旋轉(zhuǎn)氣缸是擺臂的驅(qū)動裝置，其轉(zhuǎn)軸的最大轉(zhuǎn)角為180°，轉(zhuǎn)角可以根據(jù)需要進行調(diào)整。 在轉(zhuǎn)動氣缸的兩個極限位置上各裝有一個磁感應(yīng)式的接近開關(guān)，利用接近開關(guān)的信號狀態(tài)來標識兩個極限位置。 4控制任務(wù) 當設(shè)備接通電源與氣源、PLC運行后，首先執(zhí)行復(fù)位動作，旋轉(zhuǎn)氣缸驅(qū)動的擺臂左轉(zhuǎn)到最左端，擺臂縮回到位，換向氣缸伸出，推料氣缸縮

21、回到位。然后進入工作運行模式，按啟動按鈕，擺臂向外擺出，推料氣缸推出小工件，擺臂擺回吸取小工件后，向外擺出，至極限位置后，釋放小工件，然后擺臂擺回，同時料倉在換向氣缸的驅(qū)動下?lián)Q向，為下次另一種小工件的輸出作好準備。每按一次啟動按鈕就執(zhí)行一個工作循環(huán)，而在每一次工作循環(huán)后，料倉都必須交替自動換向。（六）提取安裝單元結(jié)構(gòu)與功能提取安裝單元裝配2軸的拾取和放置模塊，通過光電傳感器檢測到工件，工件傳送到傳送帶上的氣動分離器。 拾取和放置模塊將滑槽上工件蓋放置到工件上， 通過分離器釋放完整的工件組合并傳送到傳送帶的末端。分類工作單元主要由傳送帶模塊、提取裝置、滑槽模塊、工件阻擋裝置、氣源處理組件、I/O

22、接線端口、閥組、繼電器、對射式光電傳感器等組成。1傳送帶模塊模塊中的傳送帶由一個直流電流通過齒輪減速器后驅(qū)動。當傳送帶運行一定時間后，或因其它原因造成傳送帶打滑時，可以通過調(diào)整傳送帶模塊上的端頭支撐板來調(diào)整傳送帶的張緊度而消除打滑。2工件阻擋裝置該裝置通過傳送帶及阻擋裝置實現(xiàn)對工件移動控制。它主要由旋轉(zhuǎn)氣缸、阻擋條、固定塊組成。當某一工件需要分揀到第一或第二滑槽中時，對應(yīng)的導向氣缸驅(qū)動導向裝置將傳送帶送來的工件導入相應(yīng)的滑槽。3提取安裝裝置用于拾取滑槽中的工件蓋并將其安裝到傳送帶上被阻擋的工件中。該裝置由一個導桿氣缸、一個桿不回轉(zhuǎn)氣缸及真空吸盤組成。工作時，導桿氣缸縮回，吸盤下降吸取滑槽中工件

23、蓋，然后導桿前伸將工件蓋放入到傳送帶上被阻擋的工件中。4控制任務(wù) 當設(shè)備接通電源與氣源、PLC運行后，首先執(zhí)行復(fù)位動作，各導向氣缸驅(qū)動的導向裝置均縮回到位，傳送帶無件。然后進入工作運行模式，放入一個工件，工作單元確認工件；按啟動按鈕，此時傳送帶啟動，旋轉(zhuǎn)氣缸驅(qū)動的工件阻擋條也旋出阻擋工件，同時計時開始；時間到后吸盤向下吸取一個工件蓋，然后縮回上方；導桿氣缸驅(qū)動吸盤向前伸出，到位置后吸盤向下到底，釋放工件蓋裝入大工件上，然后吸盤向上及向后縮回到位；阻擋條打開，傳送帶再啟動輸出工件組合，計時；計時結(jié)束后程序再次進入等工件狀態(tài)。（七）操作手結(jié)構(gòu)與功能操作手單元可以模擬提取工件、按照要求將工件分流的過

24、程。 操作手單元主要由提取模塊、滑槽模塊、氣源處理組件、I/O接線端口、閥組等組成。 1提取模塊該模塊實際上是一個“氣動機械手”，主要由兩個直線氣缸（提取氣缸和擺臂氣缸）、一個轉(zhuǎn)動氣缸及氣動夾爪等組成。 提取氣缸安裝在擺臂氣缸的氣缸桿的前端，用于實現(xiàn)垂直方向的運動，以便于提取工件。該氣缸在結(jié)構(gòu)上不同于一般的直線氣缸，它是一個桿不回轉(zhuǎn)型氣缸，它的活塞桿為六邊形，這樣活塞桿就不能隨便轉(zhuǎn)動，便于氣動手指夾取工件。擺臂氣缸構(gòu)成了氣動機械手的“手臂”，可以實現(xiàn)水平方向上的伸出、縮回動作。同時它還是一個雙聯(lián)氣缸（有的地方叫倍力缸），它擁有兩個壓力腔和兩個活塞桿，在同等壓力下，雙聯(lián)氣缸的輸出力是一般氣缸的兩

25、倍，所以有的地方亦叫它倍力缸。在氣缸的兩個極限位置上分別安裝有磁感應(yīng)式接近開關(guān)，用于判斷氣缸的動作是否到位。 轉(zhuǎn)動氣缸用于實現(xiàn)擺臂氣缸的轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)動角度為180°，在氣缸的兩個極限位置上分別安裝有一個阻尼缸（用于緩沖旋轉(zhuǎn)過來的沖擊）和一個電感式接近開關(guān)（用于判斷氣缸旋轉(zhuǎn)是否到位）。氣動夾爪則用于抓取工件。2控制任務(wù) 當設(shè)備接通電源與氣源、PLC運行后，首先執(zhí)行復(fù)位動作，旋轉(zhuǎn)氣缸驅(qū)動的擺臂左轉(zhuǎn)到最左端，擺臂縮回到位，夾爪打開，提取氣缸上升到位。然后進入工作運行模式，按啟動按鈕，操作手單元先擺臂氣缸后提取氣缸依次伸出，提取氣缸伸出到達下端后夾爪夾取工件，夾緊工件后，再按照先提取氣缸后擺臂

26、氣缸的順序依次縮回，然后擺臂氣缸擺到右端，等待工件送出信號。再次按下啟動鈕，工件送出，擺臂氣缸、提取氣缸依次伸出，然后放下工件，再按照逆過程返回到初始位置。（八）立體存儲單元的結(jié)構(gòu)與功能立體存儲單元可以作為MPS系統(tǒng)中的最后一個單元，在整個系統(tǒng)中，接收并儲存前方各單元加工后的工件。它的具體功能是：在接收工位接收前一單元送來的工件，按照工件信息而自動的運送至相應(yīng)的倉位，并將工件推入立體倉庫儲存。立體存儲單元主要由I/O接線端口、步進驅(qū)動模塊、絲桿驅(qū)動模塊、工件推出裝置、立體倉庫、氣源處理組件等部件組成。1. 步進驅(qū)動模塊步進驅(qū)動模塊由步進電機和步進驅(qū)動器組成。立體存儲單元中有兩套步進驅(qū)動模塊。步

27、進驅(qū)動器接收PLC發(fā)出的高速脈沖信號及方向電平信號，并將這些信號轉(zhuǎn)換成驅(qū)動步進電機的信號。步進電機旋轉(zhuǎn)的方向由電平控制；旋轉(zhuǎn)的速度由脈沖信號的頻率控制；而需要轉(zhuǎn)多少圈是由脈沖信號的數(shù)目控制的。2. 絲桿驅(qū)動模塊絲桿驅(qū)動模塊是將步進電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線往復(fù)運動，兩套絲桿驅(qū)動模塊成90°垂直安裝，這樣就形成了一個X-Y軸的平面運動系統(tǒng)。在兩個絲桿驅(qū)動模塊上均設(shè)有一個零點，用以校正位置及提供位置參考點。同時為防止絲桿驅(qū)動模塊過沖而產(chǎn)生機械物理損傷，在絲桿驅(qū)動模塊的極限位置均裝有碰撞保護開關(guān)，用來防止絲桿驅(qū)動模塊過沖。3工件推出裝置該部分由一個雙作用氣缸、推塊和一個接收工件的推塊導槽組成

28、。4I/O接線端口I/O接線端口是該工作單元與PLC之間進行通信的線路連接端口。該工作單元中的所有電信號（直流電源、輸入、輸出）線都接到該端口上，再通過信號電纜線連接到PLC上。5控制任務(wù)當設(shè)備接通電源與氣源、PLC運行后，首先執(zhí)行復(fù)位動作，工件推塊縮回到位，由絲桿驅(qū)動的工件平臺歸零（X、Y軸），按下“開始”按鈕后，工件平臺去接收工位（單站控制時可以自由定義）。然后進入工作運行模式，放入工件后，按啟動按鈕，工件平臺攜帶著工件到達預(yù)定的倉位，然后將工件推入到立體倉庫；最后工件平臺歸零后再次去接收工位，等待下一個工作信號。（九）物流系統(tǒng)物流系統(tǒng)由自動導航小車（AGV）及其運行平臺和中央調(diào)度系統(tǒng)組成

29、，AGV中的CPU采用DSP YMS320LF2407A，軟件開發(fā)支持流程圖、匯編語言、C語言、DSP匯編語言編程，開放式電子擴展構(gòu)架+開放式機械組合構(gòu)架，鋁合金+高強度ABS，開放硬件接口、軟件設(shè)計接口，AGV采用無線通訊網(wǎng)絡(luò)帶工作平臺。中央控制調(diào)度系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡(luò)完成與各個AGV之間的通訊和調(diào)度，完成工件在各模塊單元之間的傳遞和輸送；圖像處理模塊完成圖像的采集、處理并將處理后的圖像傳輸給主控模塊，完成對工件加工、組裝后的檢測。四、實驗步驟1. 開機前檢查電器、氣管、機械部件的連接狀況等；2. 啟動空氣壓縮機，當氣壓約0.5Mpa時再給各站充氣；3. 給PLC各單元通電，順時針旋開“急?！卑?/p>

30、鈕，按下“電源”，按鈕“RESET” 、“START”誰閃就按誰；“SINGLE/NET”燈亮為聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)，燈滅為單站狀態(tài)，這時按“SPECIAL”單站獨立循環(huán)工作；4. 打開PC機，插上密碼狗，啟動軟件系統(tǒng)組態(tài)王6.53，打開所需工程進入聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控界面，生產(chǎn)計劃輸入，執(zhí)行新生產(chǎn)計劃，單擊開始按鈕，從第一站開始順次執(zhí)行，直至計劃完成；5. 導航小車AGV的操作：打開AGV電源ON，選UP，點擊OK，再按RUN按鈕，將AGV放到正確位置；6. 打開管理軟件MyFMS，連接組態(tài)王，檢查通訊是否成功；7. 啟動開始任務(wù)；8. 完成相關(guān)工作后，先退出管理軟件系統(tǒng)，再退出組態(tài)王，然后退出操作系統(tǒng)；9. 關(guān)閉

31、電源、氣源，將防塵布蓋到設(shè)備上。五、注意事項1.實驗過程中應(yīng)注意安全，若誤操作可能造成身體輕微傷害或財產(chǎn)損失。2.只有在斷電狀態(tài)下才能連接和斷開各種電器連線。3.使用直流24V以下的電壓（特殊單元除外）。4.所有機械系統(tǒng)零部件的緊定螺釘應(yīng)擰緊。5.不要在系統(tǒng)運行時人為的干涉正常工作。六、實驗報告提綱1.實驗?zāi)康?.實驗設(shè)備3.實驗原理4.實驗步驟5.實驗結(jié)果及分析敘述各工作單元的組成、工作過程及控制原理。實驗二 自動換刀裝置一、實驗?zāi)康?. 熟悉數(shù)控車床和鏜銑加工中心自動換刀系統(tǒng)的基本組成及自動換刀過程；2. 掌握自動換刀系統(tǒng)的控制原理及特點。二、實驗設(shè)備1. MJ-460多功能數(shù)控車床2.

32、德馬ML850A立式加工中心三、實驗原理及內(nèi)容1. MJ-460多功能數(shù)控車床自動換刀裝置的結(jié)構(gòu)及工作過程（1）MJ-460多功能數(shù)控車床的自動換刀裝置采用12工位臥式回輪式機械分度液壓鎖緊式刀架，它主要由回轉(zhuǎn)刀盤、定位齒盤、液壓缸、液壓馬達、編碼器等組成，共可裝12把刀具。（2）MJ-460多功能數(shù)控車床的控制系統(tǒng)為FANUC系統(tǒng)，自動換刀是根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的程序指令由回輪式刀架來完成的，可實現(xiàn)雙向就近選刀。刀架轉(zhuǎn)位速度為0.6 秒(單步)。刀架的松開、轉(zhuǎn)位和夾緊采用液壓驅(qū)動，運動循環(huán)為：刀架抬起轉(zhuǎn)位活塞退回定位與夾緊。2. ML850A立式加工中心自動換刀系統(tǒng)的組成及控制原理（1）ML850A

33、立式加工中心自動換刀系統(tǒng)由刀庫、自動換刀裝置、刀具傳送裝置、刀具識別裝置等幾部分組成。1）刀庫：ML850A立式加工中心采用圓盤式刀庫，刀庫中有24個刀座，最多可裝24把刀具。刀座以鉸鏈的形式與支承板連接，由滾子在固定導盤槽中限位。刀座錐孔尾部有2個彈簧球頭銷用來夾緊刀具，以免刀具旋轉(zhuǎn)向下后因自重而下落。2）自動換刀裝置：該機床使用單個雙臂式機械手來完成刀具的選擇與交換，機械手臂兩端各有一個手爪，能夠?qū)崿F(xiàn)抓刀、拔刀、回轉(zhuǎn)、換刀以及返回等動作。刀具夾緊機構(gòu)由安裝于主軸后端的氣缸、安裝于主軸孔中的蝶形彈簧組、推桿和夾爪組成。3）刀具傳送裝置：圓盤刀庫由伺服電動機驅(qū)動，通過蝸輪蝸桿等傳動副帶動刀庫圓

34、盤和盤上的24個刀座旋轉(zhuǎn)，可使任一刀座都能轉(zhuǎn)到最下方的換刀位置。但此時刀座在刀庫上處于水平位置，應(yīng)使換刀位置上的刀座逆時針轉(zhuǎn)動90°，使刀頭向下，以等待機械手換刀。實現(xiàn)這個動作靠氣缸上的活塞桿帶動撥叉上升，刀座頂部的滾子剛好處于撥叉的缺口中，這樣撥叉上升時使刀座連同刀具逆時針轉(zhuǎn)動90°。使用T指令可將刀具提前選至換刀位，以便節(jié)省時間。需要用到此刀具時，只需執(zhí)行M06換刀指令。如執(zhí)行M06 T5指令，調(diào)用5號刀。4）刀具識別裝置：該機床的刀具識別，采用的是軟件記憶法。事先在系統(tǒng)中按照一定的順序，確定好刀庫中每個刀座的編號，再將每把刀具編一個刀具號。刀庫上裝有檢測裝置，在換刀的

35、過程中，刀庫每轉(zhuǎn)過一個刀位，檢測裝置上的光源發(fā)出一束光線，再由光電感應(yīng)裝置，把接收到的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，并反饋給數(shù)控系統(tǒng)。（2）加工中心自動換刀系統(tǒng)的控制原理ML850A立式加工中心的控制系統(tǒng)為FANUC OI Mate-MD系統(tǒng)，在加工中心上自動換刀是根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的程序指令，由機械手來完成刀具的選擇與交換工作，刀具的換刀按照任意選擇方式。四、實驗步驟1.啟動機床，機床回換刀點。Z軸回換刀點是使主軸移到與刀庫等高的位置，X、Y軸根據(jù)所加工工件的尺寸及位情況可回換刀點，也可不回換刀點。2.選擇適當?shù)牟僮髂Ｊ剑∕DI手動操作），將控制程序輸入系統(tǒng)。該機床的換刀程序，通常有以下指令：F1按鍵 刀具

36、目錄顯示功能和ATC手動調(diào)整功能；T* 選擇刀號； M06 換刀指令；M19 主軸定向； M20 刀套倒下；M21 ATC扣刀； M22 主軸松刀；M23 ATC刀具交換； M24 主軸夾刀；M25 ATC回原點； M26 刀套抬起。3.使機床低速運轉(zhuǎn)，執(zhí)行換刀操作。該機床自動換刀的工作過程如下:（1）在加工時，刀庫可按程序指令提前將刀具轉(zhuǎn)到換刀位，即刀庫的最下位置。（2）主軸準停。加工完畢時使主軸在圓周方向準確停止在零度位置，以使主軸斷面上的鍵槽方向與刀座中的鍵槽方向一致。（3）按換刀指令將刀座逆時針轉(zhuǎn)動90°（待換刀具軸線處于鉛垂位置、與主軸軸線平行，主軸箱已上升到換刀位），機械

37、手旋轉(zhuǎn)75°，分別抓住主軸和刀庫刀座上的刀柄。（4）主軸上的刀具自動夾緊機構(gòu)放松刀柄，機械手下降，同時將主軸錐孔和刀庫刀座上的刀柄拔出。（5）機械手回轉(zhuǎn)180°。（6）機械手臂上升，將需要更換的刀柄同時插入到主軸錐孔和刀庫刀座上并加緊。（7）機械手反方向旋轉(zhuǎn)75°回到原始位置；刀座向上（順時針）轉(zhuǎn)動90°恢復(fù)到水平位置。這時換刀過程完畢，機床進行下一道工序的加工。五、機床主要技術(shù)參數(shù)1. MJ-460多功能數(shù)控車床MJ-460是一種二軸（X、Z）控制的高速、精密多功能數(shù)控車床（MJ460/MC是一種主軸可帶CS控制(C軸功能)，刀架上可安裝動力刀具的三軸控制車削中心機床）。采用45度斜床身，進口直線滾動導軌。X、Z軸伺服電機與滾珠絲杠之間通過柔性聯(lián)軸器采用直連結(jié)構(gòu)，傳動鏈短、具有伺服精度、響應(yīng)速度高的特點。項目內(nèi)容單位MJ460 參數(shù)能力床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑mm 460滑板上最大工件回轉(zhuǎn)直徑mm 390最大工件車削 / 銑削直徑mm230(12工位刀架)最大工件車削長度mm300，650，1145 主軸主軸轉(zhuǎn)速范圍r/min353500 主軸頭 / 主軸通孔直徑mmA26/56 主軸錐孔MTNo：6中空卡盤拉管孔直徑mm43主軸最大輸出扭矩N