專利名稱：一種小型柔性制造系統(tǒng)實驗平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及柔性制造系統(tǒng)實驗平臺，尤其是用于教學(xué)與科研的小型柔性制造系統(tǒng)實驗平臺。
背景技術(shù)：
柔性制造系統(tǒng)(Flexible Manufacturing System, FMS)，是在計算機控制系統(tǒng)作用下，由自動裝卸與輸送系統(tǒng)將若干臺數(shù)控機床或加工中心連接起來而構(gòu)成的一種適合于多品種、中小批量生產(chǎn)的先進的制造系統(tǒng)。
FMS至少是由兩臺機床， 一套物料運輸系統(tǒng)和一套計算機控制系統(tǒng)所組成的制造系統(tǒng)，涉及的領(lǐng)域包括機床、電子技術(shù)、機器人技術(shù)、控制技術(shù)、計算機技術(shù)及系統(tǒng)工程等，它是一種集多種高新技術(shù)于一體的現(xiàn)代化制造系統(tǒng)，是現(xiàn)代計算機集成制造系統(tǒng)(Computer Manufacturing Integrated System, CMIS)不可缺少的重要的制造單元。
FMS作為一種高效率、高精度的制造系統(tǒng)，已成為機械自動化發(fā)展的重要方向之一。但是，面向工廠的現(xiàn)有生產(chǎn)型FMS，占地面積大、造價昂貴、使用成本高，難以適用于FMS教學(xué)與科研；而現(xiàn)有的教學(xué)型或科研型的FMS，往往沿用生產(chǎn)型的FMS設(shè)計理念，存在系統(tǒng)體積大、價格高等缺點，因使用率低，沒能充分發(fā)揮FMS潛能，同時常常只能起到演示作用，缺少實際金屬切削加工能力。發(fā)明內(nèi)容
本實用新型專利的目的在于提供一種小型柔性制造系統(tǒng)實驗平臺，適宜于FMS科研實驗、教學(xué)實訓(xùn)，不僅造價低、占地面積小、使用成本低，而且具有金屬切削加工功能，克服了現(xiàn)有FMS技術(shù)存在的系統(tǒng)體積大、造價高，或缺乏實際加工能力的缺點。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型專利所采用的技術(shù)方案是
通過計算機、物流系統(tǒng)和小型機器人上下料裝置，將若干臺小型數(shù)控機床或加工中心
連接而成一個集成化制造系統(tǒng)實驗平臺。整個實驗平臺系統(tǒng)組成可分為三部分數(shù)控加工
系統(tǒng)、物流系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)。
1)數(shù)控加工系統(tǒng)包括若干臺小型數(shù)控機床，通過接口和主控計算機相連接。能按照主控計算機的指令自動加工各種零件，既可單獨加工運行又可以聯(lián)機遠程控制，具有實際加工能力。2) 物流系統(tǒng)包括物料的輸送搬運和存儲兩個方面。物料輸送搬運包括工件輸送系統(tǒng)、上下料小型機器人裝置，物料存儲包括料庫、成品庫和緩沖區(qū)(緩沖站)。所述的工件輸送系統(tǒng)包括滾珠絲杠副、導(dǎo)軌、滑塊、電機和編碼器，與PLC相連接，能按照PLC的指令傳輸工件。所述的上下料小型機器人裝置包括直角坐標機器人和5自由度關(guān)節(jié)機器人，與PLC連接分別完成對銑床和車床加工工件的裝夾和卸載。所述的緩沖區(qū)通過小型機器人裝置實現(xiàn)，保證系統(tǒng)的柔性，調(diào)節(jié)各工位上加工時間的差異和緩解物料運輸能力緊張。
3) FMS計算機控制系統(tǒng)實現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制，硬件包括上位機(系統(tǒng)機)、PLC、控制器、控制計算機等。上位機通過專用PLC數(shù)據(jù)線與PLC連接，通過計算機接口(如并口或串口或USB)與關(guān)節(jié)機器人控制器連接，通過網(wǎng)絡(luò)接口與控制計算機連接，它能根據(jù)生產(chǎn)計劃控制和執(zhí)行制造任務(wù)，監(jiān)控系統(tǒng)的運行。系統(tǒng)采用遞階分布式控制結(jié)構(gòu)，上層為系統(tǒng)控制器(上位機)，主要實現(xiàn)計劃與任務(wù)優(yōu)化調(diào)度、派送、多媒體系統(tǒng)監(jiān)控；底層為設(shè)備控制器，包括加工設(shè)備控制、物流設(shè)備控制。底層的各控制裝置具有局部自治能力，互相合作，共同完成該層的各種活動，具有分布控制的特點。
本實用新型的有益效果主要表現(xiàn)在-
(1)提供一個開放性高、參與性強的教學(xué)與科研型FMS實驗平臺，涉及物流倉儲自動控制、機器人、系統(tǒng)監(jiān)控、PLC控制、計算機網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)庫、電機及驅(qū)動、氣動技術(shù)等方面的知識；(2)遞階分布式控制體系結(jié)構(gòu)結(jié)合了遞階式控制的合理層次性、數(shù)據(jù)一致性和分布式控制的自治性，使FMS的總體結(jié)構(gòu)具有模塊性、開放性和可擴展性；(3)可通過lnternet/Intranet與外部計算機連接，進行參數(shù)遠程設(shè)定、監(jiān)控，實現(xiàn)設(shè)備管理與企業(yè)管理的集成；(4)具有豐富、生動的多媒體畫面，可以圖像、圖符、報表、曲線等多種形式，為操作員及時提供系統(tǒng)運行中的狀態(tài)、品質(zhì)及異常報警等有關(guān)信息，以及集圖像、聲音、動畫于一體的工程畫面；(5)底層設(shè)備采用分布式控制，某一設(shè)備發(fā)生故障也不影響整個系統(tǒng)的運行，數(shù)控設(shè)備既可單獨運行又可以聯(lián)機遠程控制。

圖l是本實用新型實施例中的一種小型柔性制造系統(tǒng)實驗平臺構(gòu)成示意圖。圖2是實施例中計算機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中201—上位機，202—PLC， 203—關(guān)節(jié)型機器人控制器，204—銑床控制計算機，205—車床控制計算機，206—直角坐標機器人，207—關(guān)節(jié)型機器人，208—工件輸送裝置，209—銑床，210—車床。
圖3是由絲桿副和滑塊等構(gòu)成的工件輸送裝置。圖中301—光電編碼器，302—電機，303—連軸器，304—直線導(dǎo)軌，305—滾珠絲杠，306—滑塊，307—滾珠螺母，308—支撐軸承。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型的具體實施方式
作進一步說明。如圖l所示的本實用新型一種小型柔性制造系統(tǒng)實驗平臺實施例，由一臺直角坐標機器人l、 一臺小型數(shù)控銑床2、 一臺小型數(shù)控車床3、 一臺5自由度關(guān)節(jié)型機器人4、工件輸送裝置5、料庫6、成品庫7、緩沖區(qū)8和緩沖區(qū)9、計算機10和PLC11組成。整套設(shè)備占地面積約為1.6111><1.2111，可安放在相應(yīng)尺寸的實驗臺面上。
數(shù)控加工系統(tǒng)由小型數(shù)控銑床2(如C000026型號銑床)和小型數(shù)控車床3(如C000056型號銑床)組成，負責完成零件(工件)的加工任務(wù)，它們可以作'為系統(tǒng)的一部分進行工作，也可以作為單獨的加工設(shè)備獨立運行。機器人為數(shù)控車床和數(shù)控銑床提供毛坯的裝載和半成
品或零件的卸載工作，其中關(guān)節(jié)型機器人4完成數(shù)控車床的工件裝卸，直角坐標機器人l完成數(shù)控銑床的工件裝卸，工件輸送裝置5完成工件在加工設(shè)備(即銑床2和車床3)之間運輸，料庫6存放零件毛坯、成品庫7存放加工好的零件，緩沖區(qū)8和緩沖區(qū)9暫時存放待加工工作。料庫6緩沖區(qū)9在關(guān)節(jié)型機器人4的工作空間之內(nèi)，而成品庫7和緩沖區(qū)8在直角坐標機器人4的工作空間之內(nèi)。系統(tǒng)控制過程由PLC11和上位機10等擔當。
圖2是實施例控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。計算機控制系統(tǒng)硬件包括上位機、PLC、控制器、控制計算機等。上位機201實現(xiàn)計劃與任務(wù)派送，通過PLC數(shù)據(jù)線、計算機接口和網(wǎng)絡(luò)分別與PLC202、關(guān)節(jié)型機器人控制器203、銑床控制計算機204、車床控制計算機205連接;直角坐標機器人206、工件輸送系統(tǒng)207與PLC202連接；關(guān)節(jié)型機器人208與其控制器203連接，實現(xiàn)各關(guān)節(jié)電機控制，同時與PLC204連接，實現(xiàn)機械手的工件夾緊和張開動作。底設(shè)備狀態(tài)通過PLC205、控制器206和控制計算機(204和205)反饋到上位機201 。在與銑床209和車床210的相連的控制計算機(204和205)上，采用基于Windows的開放式計算機數(shù)控系統(tǒng)，同一臺計算機既是編程系統(tǒng)又是數(shù)控系統(tǒng)，可以完成從復(fù)雜型面的造型、自動編程、模擬仿真到數(shù)控實驗的全過程，若安裝有CAD/CAM軟件，如MasterCAM、 UG、 CAXA等軟件，利用這些軟件直接生成G代碼并對機床進行加工控制，具有直線插補、圓弧插補、MDI運行、點動、模擬運行、自動運行、加工軌跡動態(tài)顯示、程序動態(tài)顯示等功能。數(shù)控機床加工的主要對象有鋼、鋁、銅、硬質(zhì)工程塑料、純塑料、木制品等材料。可以在計算機上進行手動或自動編程。
圖3是由滾珠絲杠副、導(dǎo)軌、滑塊、電機和編碼器構(gòu)成的輸送裝置。電機302通過連軸器303與絲杠305相連，滑塊306與滾珠絲桿副的螺母307相連。當電機302帶動絲杠305旋轉(zhuǎn)時，滑塊306就沿絲桿軸向在兩條固定的平行直線導(dǎo)軌304上滑動作平移運動，從而輸送了放在滑塊306上的工件。絲桿長度根據(jù)需要選定，通過編碼器301計數(shù)和計算距離，在工件輸送裝置上可任意設(shè)定工作位置，如圖l設(shè)定了兩個工位，即工位B和工位A，分別對應(yīng)車床與銑床工位。
假設(shè)零件加工工序是先車后銑，即先進行進行車削加工，為此關(guān)節(jié)型機器人4從料庫6取出待加工的零件毛坯，并安裝在數(shù)控車床3，按預(yù)定程序要求進行零件的前序車削加工。車削工序完成后，關(guān)節(jié)型機器人4從數(shù)控車床3卸下工作放在工件輸送裝置5的工位B上，PLC控制工件輸送裝置5驅(qū)動步進電機，將零件輸送到工位A，直角坐標機器人1將工位A零件安放在數(shù)控銑床2上，并進行按預(yù)定程序要求進行零件的后序銑削加工，銑削工序完成后，直角坐標機器人1從數(shù)控銑床2卸下工作放在成品庫7上。
上述描述是用于實現(xiàn)本實用新型及其實施例，示例中只包括兩臺機床，實用新型的范圍不應(yīng)由此描述來限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本實用新型范圍內(nèi)的任何修改或替換，如增加機床臺數(shù)和使用不同型式的絲桿輸送裝置，均屬于本實用新型權(quán)利要求限定的范圍。
權(quán)利要求1、一種小型柔性制造系統(tǒng)實驗平臺，包括加工系統(tǒng)、物流系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)，所述計算機控制系統(tǒng)包括上位機、PLC、控制器和控制計算機，所述物流系統(tǒng)包括工件輸送系統(tǒng)、上下料機器人、料庫、成品庫和緩沖區(qū)；其特征在于加工系統(tǒng)包括不少于兩臺的數(shù)控機床，所述數(shù)控機床通過計算機接口與所述上位機相連；所述工件輸送系統(tǒng)與PLC連接；上下料機器人與PLC和控制器連接；所述上位機分別通過PLC數(shù)據(jù)線、計算機接口和網(wǎng)絡(luò)與PLC、控制器、控制計算機連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種小型柔性制造系統(tǒng)實驗平臺，其特征在于所述控制器 為機器人控制器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種小型柔性制造系統(tǒng)實驗平臺，其特征在于所述數(shù)控 機床為小型數(shù)控機床，數(shù)控機床與控制計算機相連，在相連的控制計算機上，采用開放式 計算機數(shù)控系統(tǒng)，同一臺計算機既是編程系統(tǒng)又是數(shù)控系統(tǒng)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種小型柔性制造系統(tǒng)實驗平臺，其特征在于所述工件 輸送系統(tǒng)是由滾珠絲杠副、導(dǎo)軌、滑塊、電機和編碼器構(gòu)成的輸送裝置，工件輸送系統(tǒng)的 工位數(shù)按需設(shè)定；所述電機通過連軸器與絲杠相連，滑塊與滾珠絲桿副的螺母相連。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1 4任一項所述的一種小型柔性制造系統(tǒng)實驗平臺，其特征在于所述數(shù)控機床包括小型數(shù)控銑床和小型數(shù)控車床;所述上下料機器人裝置包括關(guān)節(jié)型機器人 和直角坐標機器人。
專利摘要本實用新型公開一種小型柔性制造系統(tǒng)實驗平臺，由加工系統(tǒng)、物流系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)組成，計算機控制系統(tǒng)包括上位機、PLC、控制器和控制計算機，加工系統(tǒng)包括若干臺小型數(shù)控機床，通過計算機接口與上位機相連；物流系統(tǒng)包括工件輸送系統(tǒng)、上下料機器人、料庫、成品庫和緩沖區(qū)；工件輸送系統(tǒng)與PLC連接，可按需設(shè)定工位數(shù)；上下料機器人包括直角坐標機器人和關(guān)節(jié)型機器人，與PLC和控制器連接；上位機通過PLC數(shù)據(jù)線、計算機接口和網(wǎng)絡(luò)分別與PLC、控制器、控制計算機連接。計算機控制系統(tǒng)和物流系統(tǒng)，將加工系統(tǒng)中的設(shè)備連接成一種面向教學(xué)與科研的小型柔性制造系統(tǒng)。本實用新型造價低、占地面積小，具有金屬切削加工能力。
文檔編號G09B25/00GK201364682SQ20092005249
公開日2009年12月16日 申請日期2009年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月12日
發(fā)明者余銘奇, 姚錫凡, 慶 張, 毅 張, 爽 梁, 葛動元, 陳偉雄, 陳耀軍 申請人:華南理工大學(xué)