柔性制造系统实验指导书Word下载.docx

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供料单元起着向FMS系统供应原料的作用。

它的具体功能是：

按照订单需求由双作用气缸从料仓中逐一推出待加工工件（原料），转运模块上的真空吸盘将工件吸起，在旋转缸的驱动下将工件传送到下个工作单元。

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。

进料模块工作时，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与光接收器处于相对的位置工作的光电接近开关。

其工作原理是：

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。

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。

真空检测传感器是具有开关量输出的真空压力检测装置。

当进气口的气压小于一定的负压值时，传感器动作，输出开关量1，同时LED点亮，否则，输出信号0，LED熄灭。

真空吸盘方向保持装置的作用是：

使真空吸盘在摆臂转动的过程中始终保持垂直向下的姿态，以使被运送的工件在运送过程中不致翻转。

它的工作原理是：

旋转气缸固定在支架上，输出轴从固定齿轮的轴孔中穿过，并可自由转动，摆臂则固定在旋转气缸的转轴上；

摆臂的另一端安装有一个可以自由转动带有齿轮的吸嘴，吸嘴的齿轮与旋转气缸输出轴外围的固定齿轮通过一个同步带相连。

当旋转气缸驱动摆臂转动时，摆臂与固定齿轮之间形成相对运动，导致同步带的运动，通过同步带带动了吸嘴的转动；

固定齿轮与活动齿轮的传动比为1：

1，这样摆臂转动的角度等于吸嘴转动的角度，因此，保证了吸嘴在摆臂转动的过程中始终保持方向不变。

4．控制任务

当设备接通电源与气源、PLC运行后，首先执行复位动作，推料缸缩回到位，旋转摆臂摆回到位。

然后进入工作运行模式，按启动按钮时，供料单元的执行机构将把存放在料仓中的工件取出并转送出去，然后各执行机构回到初始位置。

即每执行一个新的工作循环都需按一次启动按钮。

要求在启动前，供料单元的执行机构必须是处于初始位置，且料仓中有工件，否则不允许启动。

（二）检测单元结构与功能

检测单元的主要任务有两个，即：

识别工件材料和检测工件的尺寸。

在FMS系统中，它是将供料单元提供的工件进行材料识别及尺寸的检测，并根据要求将满足条件的工件通过滑槽送到下一个工作单元，对于不符合要求的工件在本单元中剔除。

该单元模拟了实际生产中对原材料的检测情况。

检测单元主要组成为：

I/O接线端口；

识别模块；

升降模块；

测量模块；

滑槽模块等。

1．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

传感器类型

材质及颜色

金属、红色

尼龙、白色

尼龙、黑色

电感式传感器

1

漫反射式光电传感器

反射式光电传感器

（1）电感式传感器

电感式接近开关就是利用电涡流效应制造的传感器。

高频振荡型电感式接近开关：

它以高频振荡器（LC振荡器）中的电感线圈作为检测元件，利用被测金属物体接近电感线圈时产生的涡流效应，引起振荡器振幅或频率的变化，由传感器的信号调理电路将该变化转换成开关量输出，从而达到检测的目的。

差动线圈型电感式接近开关：

它有两个电感线圈，由其中一个电感线圈作为检测线圈，另一个电感线圈作为比较线圈；

由于被测金属物体接近检测线圈时会产生涡流效应，从而引起检测线圈中磁通的变化，检测线圈的磁通与比较线圈的磁通进行比较，然后利用比较后的磁通差，经由传感器的信号调理电路将该磁通差转换成电的开关量输出，从而达到检测的目的。

（2）反射式光电接近开关

反射式光电接近开关的光发射器与光接收器处于同一侧位置，且光发射器与光接收器为一体化的结构，在其相对的位置上安置一个反光镜，光发射器发出的光经反光镜反射回来后由光接收器接收。

（3）漫射式（漫反射式）光电接近开关

漫射式光电接近开关是利用光照射到被测物体上后反射回来的光线而工作的，由于物体反射的光线为漫射光，故该种传感器称为漫射式光电接近开关。

漫反射式光电接近开关，它的光发射器与光接收器处于同一侧位置，且为一体化的结构。

在工作时，光发射器始终发射检测光，当接近开关的前方一定距离内没有物体时，则没有光被反射回来，接近开关就处于常态而不动作；

如果在接近开关的前方一定距离内出现物体，只要反射回来的光的强度足够，则接收器接收到足够的漫射光后就会使接近开关动作而改变输出的状态。

我们为什么会在日光下看到不同颜色的物体？

这是因为物体对不同频率的光吸收作用不同，如果物体将所有频率的光（白光）全部反射回来，则我们看到的物体就是白色；

如果物体将所有频率的光全部吸收，则我们看到的物体就是黑色的。

如果物体吸收一部分频率的光，而将其余部分的光反射出来，则我们看到的就是反射光的颜色。

原则上黑色物体是不能被漫反射式光电开关检测到的，但由于物体表面粗糙度不同，一些表面光滑的黑色物体仍能反射一部分光，因此灵敏度高的漫反射光电接近开关仍能检测到这样的黑色物体。

而我们的上料检测单元和检测单元上检测工件颜色就是利用这个原理来分辨出工件的

黑与白的。

2．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。

3．升降模块

升降模块的作用是将工件由下方运送到上方，准备检测和分流。

它主要由一个无杆气缸、一个双作用直线气缸、一个工作平台组成。

4．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）。

5．控制任务

当设备接通电源与气源、PLC运行后，首先执行复位动作，无杆缸驱动的工件托盘下降缩回到位，检测头缩回到位，工件托盘上无工件。

然后进入工作运行模式，放入一个工件，按启动按钮时，检测单元首先对工件的颜色及材质进行识别，并将识别的结果储存起来；

然后将工作平台升至上端，根据信号将工件从滑槽中推出去；

最后各执行机构都返回到初始位置。

（三）加工单元结构与功能

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。

当设备接通电源与气源、PLC运行后，首先执行复位动作，钻孔电机上升缩回到位，检测头缩回到位，夹紧头缩回到位，旋转工作台旋转到位。

然后进入工作运行模式，在输入工位上有工件的情况下，当按触启动按钮时，旋转工作台转动，将工件传送到加工工位进行钻孔加工；

钻孔加工后，旋转工作台再转动一个工位，将工件送到检测工位进行钻孔质量的检测；

最后工件被送到输出工位。

输出工位的工件由人工取走。

（四）安装搬运单元结构与功能

安装搬运单元可以模拟提取工件、按照要求将工件分流的过程，同时能提供一个安装工位，实现大、小工件的组装。

安装搬运单元主要由提取模块、工件平台、直线转圆周运动装置、气源处理组件、I/O接线端口、阀组等组成。

2．提取模块

该模块实际上也是一个“气动机械手”，主要由一个直线气缸（上下摆动）、摆臂和气动夹爪等组成。

摆臂相当于了气动机械手的“手臂”，只是在这时不能伸缩，只能上下摆动，它由一个安装在下方的直线气缸驱动，在摆臂的前端安装有一个气动夹爪，用于抓取工件。

3．直线转圆周运动装置

提取模块的左右移动及旋转由两个直线气缸所控制，它通过一定的机械转换装，在实现直线运动的同时还能提供圆周运动，这样在本单元上可提供四个工位，分别为左工位（提取工位）、左上工位（安装工位）、右上工位（未用）和右工位（输出工位）。

4．工件平台

工件平台安装在安装工位上，用于实现大、小工件的组装。

当设备接通电源与气源、PLC运行后，首先执行复位动作，夹爪打开、摆臂上抬到位，两个直线气缸驱动摆臂左转到最左端。

进入工作运行模式，按启动按钮，摆臂下降夹取工件，抬起后转安装工位，摆臂下降后释放大工件，然后上抬等待小工件的安装（用计时器模拟安装好的信号），有信号后摆臂再次下降夹取工件，上抬后转输出工位；

等待输出信号，按下启动按钮，摆臂下，放开工件，上抬后摆臂转左工位，再次等待下一个工作信号。

（五）安装单元结构与功能

安装单元在整个系统中，起着向系统中的其它单元提供装配用的小工件。

按照需要将放置在料仓中的待安装的小工件（黑、白双色）自动地取出，并将其传送到下个工作单元上的大工件空腔中。

安装单元主要由I/O接线端口、料仓模块、转运模块、小工件平台、气源处理组件、阀组等部件组成。

2．料仓模块

该模块用于储存小工件、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小工件作好准备。

该模块主要由料仓、换向气缸、推料缸，推料块、小工件平台等组成。

料仓模块的工作过程是这样的：

两色小工件分别垂直叠放在各自的料仓中，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（小工件平台），从而把工件移出料仓；

在该模块的料仓有两个料仓，分别装着黑、白两色小工件，根据需要而选择输出哪种颜色的小工件，而料仓的换向问题由一个双作用的换向气缸解决。

当设备接通电源与气源、PLC运行后，首先执行复位动作，旋转气缸驱动的摆臂左转到最左端，摆臂缩回到位，换向气缸伸出，推料气缸缩回到位。

然后进入工作运行模式，按启动按钮，摆臂向外摆出，推料气缸推出小工件，摆臂摆回吸取小工件后，向外摆出，至极限位置后，释放小工件，然后摆臂摆回，同时料仓在换向气缸的驱动下换向，为下次另一种小工件的输出作好准备。

每按一次启动按钮就执行一个工作循环，而在每一次工作循环后，料仓都必须交替自动换向。

（六）提取安装单元结构与功能

提取安装单元装配2轴的拾取和放置模块，通过光电传感器检测到工件，工件传送到传送带上的气动分离器。

拾取和放置模块将滑槽上工件盖放置到工件上，通过分离器释放完整的工件组合并传送到传送带的末端。

分类工作单元主要由传送带模块、提取装置、滑槽模块、工件阻挡装置、气源处理组件、I/O接线端口、阀组、继电器、对射式光电传感器等组成。

1．传送带模块

模块中的传送带由一个直流电流通过齿轮减速器后驱动。

当传送带运行一定时间后，或因其它原因造成传送带打滑时，可以通过调整传送带模块上的端头支撑板来调整传送带的张紧度而消除打滑。

2．工件阻挡装置

该装置通过传送带及阻挡装置实现对工件移动控制。

它主要由旋转气缸、阻挡条、固定块组成。

当某一工件需要分拣到第一或第二滑槽中时，对应的导向气缸驱动导向装置将传送带送来的工件导入相应的滑槽。

3．提取安装装置

用于拾取滑槽中的工件盖并将其安装到传送带上被阻挡的工件中。

该装置由一个导杆气缸、一个杆不回转气缸及真空吸盘组成。

工作时，导杆气缸缩回，吸盘下降吸取滑槽中工件盖，然后导杆前伸将工件盖放入到传送带上被阻挡的工件中。

当设备接通电源与气源、PLC运行后，首先执行复位动作，各导向气缸驱动的导向装置均缩回到位，传送带无件。

然后进入工作运行模式，放入一个工件，工作单元确认工件；

按启动按钮，此时传送带启动，旋转气缸驱动的工件阻挡条也旋出阻挡工件，同时计时开始；

时间到后吸盘向下吸取一个工件盖，然后缩回上方；

导杆气缸驱动吸盘向前伸出，到位置后吸盘向下到底，释放工件盖装入大工件上，然后吸盘向上及向后缩回到位；

阻挡条打开，传送带再启动输出工件组合，计时；

计时结束后程序再次进入等工件状态。

（七）操作手结构与功能

操作手单元可以模拟提取工件、按照要求将工件分流的过程。

操作手单元主要由提取模块、滑槽模块、气源处理组件、I/O接线端口、阀组等组成。

1．提取模块

该模块实际上是一个“气动机械手”，主要由两个直线气缸（提取气缸和摆臂气缸）、一个转动气缸及气动夹爪等组成。

提取气缸安装在摆臂气缸的气缸杆的前端，用于实现垂直方向的运动，以便于提取工件。

该气缸在结构上不同于一般的直线气缸，它是一个杆不回转型气缸，它的活塞杆为六边形，这样活塞杆就不能随便转动，便于气动手指夹取工件。

摆臂气缸构成了气动机械手的“手臂”，可以实现水平方向上的伸出、缩回动作。

同时它还是一个双联气缸（有的地方叫倍力缸），它拥有两个压力腔和两个活塞杆，在同等压力下，双联气缸的输出力是一般气缸的两倍，所以有的地方亦叫它倍力缸。

在气缸的两个极限位置上分别安装有磁感应式接近开关，用于判断气缸的动作是否到位。

转动气缸用于实现摆臂气缸的转动，其转动角度为180°

，在气缸的两个极限位置上分别安装有一个阻尼缸（用于缓冲旋转过来的冲击）和一个电感式接近开关（用于判断气缸旋转是否到位）。

气动夹爪则用于抓取工件。

2．控制任务

当设备接通电源与气源、PLC运行后，首先执行复位动作，旋转气缸驱动的摆臂左转到最左端，摆臂缩回到位，夹爪打开，提取气缸上升到位。

然后进入工作运行模式，按启动按钮，操作手单元先摆臂气缸后提取气缸依次伸出，提取气缸伸出到达下端后夹爪夹取工件，夹紧工件后，再按照先提取气缸后摆臂气缸的顺序依次缩回，然后摆臂气缸摆到右端，等待工件送出信号。

再次按下启动钮，工件送出，摆臂气缸、提取气缸依次伸出，然后放下工件，再按照逆过程返回到初始位置。

（八）立体存储单元的结构与功能

立体存储单元可以作为MPS系统中的最后一个单元，在整个系统中，接收并储存前方各单元加工后的工件。

在接收工位接收前一单元送来的工件，按照工件信息而自动的运送至相应的仓位，并将工件推入立体仓库储存。

立体存储单元主要由I/O接线端口、步进驱动模块、丝杆驱动模块、工件推出装置、立体仓库、气源处理组件等部件组成。

1.步进驱动模块

步进驱动模块由步进电机和步进驱动器组成。

立体存储单元中有两套步进驱动模块。

步进驱动器接收PLC发出的高速脉冲信号及方向电平信号，并将这些信号转换成驱动步进电机的信号。

步进电机旋转的方向由电平控制；

旋转的速度由脉冲信号的频率控制；

而需要转多少圈是由脉冲信号的数目控制的。

2.丝杆驱动模块

丝杆驱动模块是将步进电机的旋转运动转换成直线往复运动，两套丝杆驱动模块成90°

垂直安装，这样就形成了一个X-Y轴的平面运动系统。

在两个丝杆驱动模块上均设有一个零点，用以校正位置及提供位置参考点。

同时为防止丝杆驱动模块过冲而产生机械物理损伤，在丝杆驱动模块的极限位置均装有碰撞保护开关，用来防止丝杆驱动模块过冲。

3．工件推出装置

该部分由一个双作用气缸、推块和一个接收工件的推块导槽组成。

4．I/O接线端口

I/O接线端口是该工作单元与PLC之间进行通信的线路连接端口。

该工作单元中的所有电信号（直流电源、输入、输出）线都接到该端口上，再通过信号电缆线连接到PLC上。

5．控制任务

当设备接通电源与气源、PLC运行后，首先执行复位动作，工件推块缩回到位，由丝杆驱动的工件平台归零（X、Y轴），按下“开始”按钮后，工件平台去接收工位（单站控制时可以自由定义）。

然后进入工作运行模式，放入工件后，按启动按钮，工件平台携带着工件到达预定的仓位，然后将工件推入到立体仓库；

最后工件平台归零后再次去接收工位，等待下一个工作信号。

（九）物流系统

物流系统由自动导航小车（AGV）及其运行平台和中央调度系统组成，AGV中的CPU采用DSPYMS320LF2407A，软件开发支持流程图、汇编语言、C语言、DSP汇编语言编程，开放式电子扩展构架+开放式机械组合构架，铝合金+高强度ABS，开放硬件接口、软件设计接口，AGV采用无线通讯网络带工作平台。

中央控制调度系统通过无线网络完成与各个AGV之间的通讯和调度，完成工件在各模块单元之间的传递和输送；

图像处理模块完成图像的采集、处理并将处理后的图像传输给主控模块，完成对工件加工、组装后的检测。

四、实验步骤

1.开机前检查电器连接状况、气管连接的正确与可靠、机械部件的状态等；

2.导航小车AGV的操作（按AGV说明书进行相关操作）；

3.软件系统启动并操作；

4.用户登录，启动组态王；

5.AGV调度；

6.连接AGV；

7.判断通讯是否成功，若是则向两辆AGV小车发送当前站点信息，若否则调试直到通讯成功；

8.启动开始任务；

9.看AGV是否到达指定站点，若是则停下小车并向组态和PLC发送相关指令，若否则让小车继续前进，并报告站点位置，指导到达指定站点；

10.完成相关工作后，先退出操作软件系统，再退出组态王，然后退出操作系统。

最后关闭电源、气源，将防尘布置于设备之上。

五、注意事项

1.实验过程中应注意安全，若误操作可能造成身体轻微伤害或财产损失。

2.只有在断电状态下才能连接和断开各种电气连线。

3.使用直流24V以下的电压（特殊单元除外）。

4.所有机械系统零部件的紧定螺钉应拧紧。

5.不要在系统运行时人为的干涉正常工作。

实验二自动换刀装置

1.熟悉数控车床和镗铣加工中心自动换刀系统的基本组成及自动换刀过程；

2.掌握自动换刀系统的控制原理及特点。

1.MJ-460多功能数控车床

2.德马ML850A立式加工中心

1.MJ-460多功能数控车床自动换刀装置的结构及工作过程

（1）MJ-460多功能数控车床的自动换刀装置采用12工位卧式回轮式机械分度液压锁紧式刀架，它主要由回转刀盘、定位齿盘、液压缸、液压马达、编码器等组成，共可装12把刀具。

（2）MJ-460多功能数控车床的控制系统为FANUC系统，自动换刀是根据数控系统的程序指令由回轮式刀架来完成的，可实现双向就近选刀。

刀架转位速度为0.6秒（单步）。

刀架的松开、转位和夹紧采用液压驱动，运动循环为：

刀架抬