吳立波 胡相彬

(邯鄲職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程系，河北 邯鄲 056005)

1 引言

柔性制造系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用于各種電子電氣、機電等行業(yè)生產(chǎn)線，能進(jìn)行大批量的生產(chǎn)加工和裝配，因產(chǎn)品或部件在生產(chǎn)線上便于輸送、自動加工、轉(zhuǎn)配和檢測，有效縮短了生產(chǎn)加工周期，提升了產(chǎn)品附加值，所以在生產(chǎn)加工中廣泛應(yīng)用。例如液晶屏生產(chǎn)線、電腦主機生產(chǎn)線、筆記本電腦裝配線、空調(diào)生產(chǎn)線、電視機裝配線、發(fā)動機裝配線等。此外，在大批量生產(chǎn)過程中采用柔性制造系統(tǒng)能提高勞動生產(chǎn)率，穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期，保證生產(chǎn)的均衡性，顯著提高經(jīng)濟效益。

柔性制造系統(tǒng)的工作流程主要包含：立庫取料、生產(chǎn)加工、各部件裝配、產(chǎn)品輸送、檢測和歸庫等環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)之間緊密銜接，是典型的智能制造生產(chǎn)案例，但在高校實踐教學(xué)中，卻缺少相應(yīng)的實驗實訓(xùn)裝備支撐。很多教學(xué)儀器廠家也開發(fā)了類似的集成制造系統(tǒng)，但是多以模型存在，與實際生產(chǎn)環(huán)節(jié)存在很多的差距。實踐教學(xué)的開展還需要學(xué)生到有相應(yīng)生產(chǎn)線的企業(yè)去，給教學(xué)帶來了很多不便。因此，研發(fā)柔性制造系統(tǒng)教學(xué)平臺迫在眉睫。

2 系統(tǒng)設(shè)計

整體設(shè)計：如圖1所示，歡顏機器人HY1010柔性制造系統(tǒng)教學(xué)平臺以機器人為主站，整體布局以工業(yè)機器人為中心，形成環(huán)形的分布。依次完成立體倉庫、機器人、裝配單元、倍速鏈輸送、提升機和操控臺六部分組成設(shè)計。

圖1 歡顏機器人HY1010柔性制造系統(tǒng)教學(xué)平臺

系統(tǒng)工作過程：柔性制造系統(tǒng)實物圖如圖2所示，首先操控觸摸屏面板，搬運機器人得到控制信號后，開始工作，先利用獨立設(shè)計的抓具將工裝板從工裝板庫中抓取出來放置在工裝臺上，再利用復(fù)合抓具吸取工件，將其放置到工裝板上，然后整體抓取至倍速鏈輸送線上層。倍速鏈傳送線帶動工裝板移動，在各個工位進(jìn)行裝配。加工完的工件通過提升器傳送至倍速鏈輸送線的下層，輸送到相應(yīng)庫中去。

圖2 柔性制造系統(tǒng)實物圖

工件的獲取由搬運機器人自動完成，在輸送線上的每一個工位都設(shè)計了阻擋機構(gòu)，由止動氣缸來完成，使得工裝板在需要進(jìn)行工序操作的位置上停止前進(jìn)，止動氣缸的伸縮動作都依靠光電傳感器及PLC控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。

系統(tǒng)控制過程：(1)啟動設(shè)備，由觸摸屏控制面板啟動PLC；(2)PLC給搬運機器人啟動信號，機器人開始動作，自動完成工件獲取工作，裝有工件的工裝板被放置在倍速鏈輸送線上層起始位處；(3)倍速鏈帶動工件向左移動，到第一工位處遇到光電開關(guān)，PLC動作輸出信號使得電磁閥線圈得電，從而驅(qū)動阻擋氣缸升起，阻擋住工件移動，在此進(jìn)行裝配；(4)裝配完成后，PLC動作輸出使得電磁閥失電，驅(qū)動氣缸下降，解除對工件阻擋，工件繼續(xù)移動；(5)移動到第二工位處遇到光電開關(guān)，PLC動作輸出信號使得電磁閥線圈得電，從而驅(qū)動阻擋氣缸升起，阻擋住工件移動，在此進(jìn)行裝配；(6)裝配完成后，PLC動作輸出使得電磁閥失電，驅(qū)動氣缸下降，解除對工件阻擋，工件繼續(xù)移動；(7)移動到第三工位處遇到光電開關(guān)，PLC動作輸出信號使得電磁閥線圈得電，從而驅(qū)動阻擋氣缸升起，阻擋住工件移動，在此進(jìn)行裝配；(8)裝配完成后，PLC動作輸出使得電磁閥失電，驅(qū)動氣缸下降，解除對工件阻擋，工件繼續(xù)移動；(9)倍速鏈帶動工件繼續(xù)移動，至提升機內(nèi)部，等待PLC信號，信號輸出控制提升機內(nèi)部氣缸下降，將工件送至下層，提升機反轉(zhuǎn)，帶動工件向右移動，移至下層倍速鏈，由倍速鏈繼續(xù)帶動工件右移至入相應(yīng)庫中。

3 基本功能

3.1 搬運機器人單元

圖3所示是機器人，搬運單元主要由立體倉庫、機器人組成，是整個系統(tǒng)的起始單元。啟動系統(tǒng)后，控制機器人動作，將倉庫中要加工的工件吸住，并放置在工裝臺上的工裝板上，再把載有工件的工裝板抓取至倍速鏈輸送線的起始位置。圖4所示是機器人的復(fù)合抓具，能夠完成工裝板的抓取動作和工件的吸取動作。

圖3 機器人

圖4 機器人復(fù)合抓具

3.2 倍速鏈輸送線

圖5所示是倍速鏈輸送線，主要由工裝板、光電傳感器、電機驅(qū)動系統(tǒng)、倍速鏈鏈條、止動氣缸組成。倍速鏈輸送線為生產(chǎn)線上工件的加工提供自動化的輸送。

圖5 倍速鏈輸送線

工裝板是輸送工具，被輸送的工件直接放置在工裝板上。由于工裝板不僅是工件的自動輸送載體，而且產(chǎn)品的裝配和檢測也是在工裝板上進(jìn)行的，因此工裝板的表面材料應(yīng)防靜電、耐磨。

止動氣缸可阻止工裝板的運行，在由倍速鏈輸送線組成的自動化生產(chǎn)線上，載有工件的工裝板需要在操作位置上停下來供裝配，而輸送線是一直連續(xù)運行的，這就需要阻擋機構(gòu)來阻止工裝板移動，本系統(tǒng)采用伸縮氣缸作為止動機構(gòu)，止動氣缸的伸縮動作則依靠光電傳感器及控制系統(tǒng)來完成。

倍速鏈鏈條通過鏈輪驅(qū)動，鏈條依靠直接放置在導(dǎo)軌支承面上的滾子來支承，鏈條在鏈輪的拖動下，滾子在支承導(dǎo)軌上滾動，使得鏈條承載著工裝板及工件向前方移動。

3.3 提升器裝置

圖6所示是提升器裝置，主要由電機、氣缸、皮帶、電磁閥組等構(gòu)成。運送貨物的工裝板需反復(fù)使用，所以鏈送裝置很少單臺使用，而是與頂升平移機組合形成橫向和縱向的工件輸送系統(tǒng)。

圖6 提升機裝置

4 結(jié)論

該柔性制造系統(tǒng)整個系統(tǒng)控制過程采用可編程控制器自動控制技術(shù)來實現(xiàn)，它不僅能保證機器自動化運作的可靠性，而且提高了整個生產(chǎn)線的工作效率。同時綜合運用了多種技術(shù)知識，如液壓與氣動技術(shù)、機械技術(shù)、PLC控制和組網(wǎng)、傳感器應(yīng)用技術(shù)、步進(jìn)電機控制等，采用鏈?zhǔn)搅魉€，是以鏈條作為牽引和承載體輸送物料，輸送能力大，輸送速度準(zhǔn)確穩(wěn)定，能保證精確的同步輸送，采用特制鋁型材制作，易于安裝，多功能，自動化程度高。

該系統(tǒng)是實踐教學(xué)很好的載體，作為教學(xué)平臺也將大大促進(jìn)智能制造相關(guān)實踐教學(xué)的開展，幫助學(xué)生掌握綜合知識和技能。