段振華，吳張永，吳 喜，王慶輝，溫成卓

(昆明理工大學機電工程學院，昆明 650093)

傳統(tǒng)的機械加工是由車、銑、刨、磨、鉆等通用機床組成的剛性生產(chǎn)線，要改變生產(chǎn)品種非常困難。柔性制造系統(tǒng)是結(jié)合傳統(tǒng)加工工藝，由多臺(種)數(shù)控機床或數(shù)組柔性制造單元、計算機信息控制系統(tǒng)及物料自動儲運裝置等組成的自動化制造系統(tǒng)，能根據(jù)加工對象變化迅速做出調(diào)整，具有生產(chǎn)效率高、周期短、應變能力大、設備利用率高、成本低等優(yōu)點。為了適應多品種、小批量生產(chǎn)的需要，增加產(chǎn)品的市場競爭力，許多國家都在發(fā)展高度自動化的柔性制造系統(tǒng)［1］?；埕~模型是在1964年由德國Arthur Fischer博士發(fā)明“六面拼接體”的基礎上研發(fā)的一種具有高技術含量、便于展示科學原理及技術過程、提供創(chuàng)新實驗載體的模型。其工業(yè)模型能還原任何技術過程，模擬實際工業(yè)生產(chǎn)和操作控制等，為科研創(chuàng)新及工業(yè)化生產(chǎn)的可行性論證提供保障［2］。

本文基于慧魚模型模塊化設計，創(chuàng)建了2臺機床和物料儲運裝置組成的柔性制造生產(chǎn)線模型。機床能完成磨削、銑削2個工序，4條傳送帶組成的物料儲運裝置可實現(xiàn)自動化控制，使加工工件運送至指定位置。該柔性制造生產(chǎn)線能夠?qū)崿F(xiàn)對工件的連續(xù)加工，適應多品種、小批量生產(chǎn)的需要。

1 柔性制造生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)

基于慧魚模型的柔性制造生產(chǎn)線模型如圖1所示，主要由8個電機、7個行程開關、5個光電傳感器和4條傳送帶組成。圖中M1～M8為計算機控制的8個電機，其中:M4、M6為2個旋轉(zhuǎn)電機，分別實現(xiàn)工件的磨削加工和銑削加工，是制造單元的核心;M1、M2、M3、M5、M7、M8 為直流伺服電機，執(zhí)行動作后，M2、M7可根據(jù)指令選擇是否改變加工工件的傳送方向，M1、M3、M5、M8根據(jù)指令將加工工件送至指定位置，共同組成柔性制造生產(chǎn)線的傳送單元;S1～S7、L1～L5為慧魚模型智能接口板的12個輸入:S1～S7為控制系統(tǒng)的7個行程開關，L1～L5為控制系統(tǒng)的5個光電傳感器;C1～C4為柔性制造生產(chǎn)線的4條傳送帶。

圖1 柔性制造生產(chǎn)線模型

2 柔性制造生產(chǎn)線的硬件設計

柔性制造生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的硬件由1臺便攜式計算機作為控制計算機，通過慧魚模型智能接口板的I/O通道將驅(qū)動部分的伺服電動機與參數(shù)檢測部分的光電開關、行程開關相連，共同構(gòu)成整個控制系統(tǒng)的硬件核心。慧魚模型智能接口板上集成了開關量輸入、輸出接口，并自帶微處理器，能通過串口與計算機相連，在計算機上編好程序后可直接移植到接口板自帶的微處理器內(nèi)［3］。智能接口板上還提供:8個數(shù)字輸出M1～M8，可以為電動機、電磁鐵、照明燈等;12個數(shù)字輸入，可以為光敏傳感器、熱敏傳感器、行程開關等。

3 柔性制造生產(chǎn)線的軟件設計

計算機控制程序的開發(fā)是柔性制造生產(chǎn)線控制系統(tǒng)軟件設計的關鍵，能使生產(chǎn)線模型按照預訂的程序執(zhí)行動作［4］。本文采用慧魚模型專用軟件LLWin3.0圖形化編程技術開發(fā)控制程序，結(jié)合模塊化設計方法［5］，將設計的柔性制造生產(chǎn)線分為6個模塊。

3.1 傳送帶C1控制

輸送帶C1的控制程序流程如圖2所示。L1、L2負責檢測傳送帶C1上是否有工件存在;M1用于驅(qū)動傳送帶C1直線運動。

圖2 傳送帶C1控制程序流程

3.2 工件輸入

工件輸入的控制程序流程如圖3所示。M2負責控制傳送帶C1上的工件是否輸入;M3用于驅(qū)動傳送帶C2直線運動;S1、S3通過工件的位置控制電機電路的通斷;L3用于檢測傳送帶C2上的工件是否到達指定位置。

圖3 工件輸入控制程序流程

3.3 磨削加工

磨削加工的控制程序流程如圖4所示。M4負責工件的磨削加工;L3、L4負責檢測傳送帶C2、傳送帶C3上的工件是否到達限定位置;VAR1為變量1，用來說明磨削加工是否已經(jīng)完成。

圖4 磨削加工控制程序流程

3.4 銑削加工

銑削加工的控制程序流程如圖5所示。M5負責驅(qū)動傳送帶C3直線運動;M6負責工件的銑削加工;L4、L5負責檢測傳送帶C3、C4上的工件是否到達限定位置;VAR2為變量2，用來說明銑削加工是否已經(jīng)完成。

圖5 銑削加工控制程序流程

3.5 工件輸出

工件輸出的控制程序流程如圖6所示。M7負責控制傳送帶C4上的工件是否輸出;S4、S5通過工件的位置控制電機電路的通斷。

圖6 工件輸出控制程序流程

3.6 傳送帶C4控制

傳送帶C4的控制程序流程如圖7所示。M8用于驅(qū)動輸送帶C4直線運動;L5負責檢測傳送帶C4上是否有工件存在。

圖7 傳送帶C4控制程序流程

系統(tǒng)工作時，光電傳感器L1首先檢測進料口是否有工件，如果進料口有工件且L2位置無工件時，計算機發(fā)出指令給電機M1，驅(qū)動傳送帶將工件送至L2位置。當光電傳感器L3檢測磨削加工位置無工件時，計算機發(fā)出指令給電機M2，帶動上料口開啟，并使電機M1、M3驅(qū)動傳送帶將工件送至磨削加工位置，同時旋轉(zhuǎn)電機M4開始對工件進行磨削加工，加工持續(xù)預定時間后M4停止。此時，被加工工件等待光電傳感器L4檢測銑削加工位置是否有工件，如果有工件，被加工工件將等待此處工件加工結(jié)束;如果無工件，計算機發(fā)出指令給電機M3、M5，驅(qū)動傳送帶將被加工工件送至銑削加工位置，旋轉(zhuǎn)電機M6開始對工件進行銑削加工，加工持續(xù)預定時間后M6停止。最后，工件在銑削加工位置等待光電傳感器L5檢測出料口是否有工件，如果無工件，計算機發(fā)出指令給電機M7，帶動下料口開啟，并使M5、M8驅(qū)動傳送帶將工件送至出料口，至此整個加工過程結(jié)束。

4 柔性制造生產(chǎn)線的運行結(jié)果

柔性制造生產(chǎn)線模型能夠通過計算機軟件的控制，按照編寫的程序要求完成設計的工藝過程，其運動順序、執(zhí)行時間、控制方向準確。但生產(chǎn)線由于模型中行程開關與光電傳感器的制造精度等級影響，未到達工業(yè)標準，運行中的啟停位置與控制要求略有偏差。在柔性制造機床的應用過程中，設計者可根據(jù)使用要求選擇一定精度的傳感器來改善定位精度的不足。

5 結(jié)束語

針對一種柔性制造生產(chǎn)線進行了結(jié)構(gòu)及軟硬件設計，基于慧魚模型模塊化設計創(chuàng)建了該系統(tǒng)物理模型，并通過計算機控制程序的輸入實現(xiàn)對工件的連續(xù)加工，能適應多品種、小批量生產(chǎn)的需要。同時，該柔性制造生產(chǎn)線可通過改變慧魚模型的智能接口板來增加或減少模型的硬件組成，也可通過改變計算機控制程序來改變整套制造系統(tǒng)的加工順序，完成不同種類、不同流程的加工內(nèi)容，從而達到柔性制造生產(chǎn)線的標準，為柔性制造機床的開發(fā)提供了可靠保障。

［1］潘衛(wèi)軍.現(xiàn)代柔性制造技術及其發(fā)展［J］.裝備制造技術，2007(12):89 －92.

［2］曲凌.慧魚創(chuàng)意機器人設計與實踐教程［M］.上海:上海交通大學出版社，2007.

［3］北京中教儀科技有限公司.慧魚工程技術實驗手冊［K］.北京:北京中教儀科技有限公司，2007.

［4］鐘約先，林亨.機械系統(tǒng)計算機控制［M］.北京:清華大學出版社，2001.

［5］曹紅英，鄧娜.基于慧魚模型的無碰撞避障機器人的研究［J］.儀器儀表用戶，2009，16(2):7 －9.

［6］田志鋒，尚宏利，姚威.自動化集成電鍍生產(chǎn)線的生產(chǎn)調(diào)度問題［J］.重慶理工大學學報:自然科學版，2011(6):38－44.

［7］雷剛，李方奇.不銹鋼熱連軋生產(chǎn)線中的精軋除鱗改造［J］.重慶理工大學學報:自然科學版，2011(2):43－46.