CN109036084A - 一种用于轴类零件生产的智能制造生产线教学实训系统 - Google Patents
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Abstract
本发明创造公开了一种用于轴类零件生产的智能制造生产线教学实训系统，包括数控加工中心、第一数控车床、第二数控车床、成品仓、第一工业机器人、第二工业机器人、第三工业机器人、第四工业机器人、产线控制器以及四台电控柜；在第一工业机器人的侧边设有自动上料装置；在第一工业机器人与第二工业机器人之间设有第一暂存台；在第二工业机器人与第三工业机器人之间设有第二暂存台；在第三工业机器人与第四工业机器人之间设有自动输送装置。该智能制造生产线教学实训系统利用产线控制器进行协调控制，可以更为快速稳定的大批量生产轴类零件，有效的降低工人的工作量，提升了工作效率，可以大幅度提高产量，满足市场的需求。
Description
技术领域
本发明创造涉及一种智能制造生产线教学实训系统，尤其是一种用于轴类零件生产的智能制造生产线教学实训系统。
背景技术
随着“工业4.0”和“中国制造2025”的全面推进，加之当前用工成本逐步提升、制造业转型升级的迫切需求，工业机器人、智能制造、智慧工厂等高端装备制造技术和周边配套应用技术得到了迅速发展。
由于零件生产在组装过程中需要设置多个工作位，每个工作位至少需要配备一名工人进行作业。人工装配不仅所需的人工成本高、占地面积大，而且经常在在装配过程中经手的人员过多，受人工操作的限制而导致人为误判的可能性大大提高、生产效率低,容易造成错漏的情况，使零件成品的良品率低，不能满足发展的需求。因为传统生产结构单一，普遍都是单一实训工作站或机器人加工生产，无法满足教学需求，因此需要建设一个智能制造生产线实训系统，既能满足生产的需要，也能满足教学需求。
发明创造内容
发明创造目的：提供一种用于轴类零件生产的智能制造生产线教学实训系统，既能满足流水生产的需要，也能满足教学需求。
技术方案：本发明创造所述的用于轴类零件生产的智能制造生产线教学实训系统，包括数控加工中心、第一数控车床、第二数控车床、成品仓、第一工业机器人、第二工业机器人、第三工业机器人、第四工业机器人、产线控制器以及四台电控柜；四台电控柜分别与第一工业机器人、第二工业机器人、第三工业机器人以及第四工业机器人电连接，用于对第一工业机器人、第二工业机器人、第三工业机器人以及第四工业机器人进行控制；产线控制器分别与数控加工中心、第一数控车床、第二数控车床以及四台电控柜电连接，用于对数控加工中心、第一数控车床、第二数控车床以及四台电控柜进行协调控制；在第一工业机器人的侧边设有用于输送待加工零件的自动上料装置；在第一工业机器人与第二工业机器人之间设有用于暂存待加工零件的第一暂存台；在第二工业机器人与第三工业机器人之间设有用于暂存待加工零件的第二暂存台；在第三工业机器人与第四工业机器人之间设有自动输送装置；数控加工中心、自动输送装置以及成品仓均位于第四工业机器人的伸展范围内；产线控制器还分别与自动上料装置以及自动输送装置电连接，用于对自动上料装置以及自动输送装置进行协调控制。
进一步地，数控加工中心、第一数控车床、第二数控车床、成品仓、第一工业机器人、第二工业机器人、第三工业机器人、第四工业机器人、产线控制器、四台电控柜、自动上料装置、暂存台以及自动输送装置均位于安全围栏构成的安全区域内。利用安全围栏能够起到安全防护性能。
进一步地，自动上料装置包括底部支架、输送槽、上料驱动电机、槽体支架、转轴以及两个分料盘；槽体支架共设置为三个，每个槽体支架均由两根竖向杆以及一根横向杆构成，横向杆两端垂直固定安装在两根竖向杆上；三个槽体支架间隔设置在底部支架上，且三个槽体支架上的横向杆的高度逐渐升高；输送槽固定安装在三根横向杆上，使输送槽呈倾斜状；转轴通过转轴支座水平旋转式安装在底部支架上；两个分料盘均为圆盘状，且均固定安装在转轴上；转轴贯穿分料盘的圆心，且与分料盘的盘面垂直；在两个分料盘的圆周边缘上均等弧长间隔设有分料槽口，且两个分料盘上的分料槽口位置相对应；两个分料盘均位于输送槽的倾斜下端出口处；上料驱动电机固定安装在底部支架上，并利用驱动链条驱动转轴旋转；产线控制器与上料驱动电机电连接，用于控制上料驱动电机启停工作。利用两个分料盘的设置，能够方便第一工业机器人的上料手爪从两个分料盘之间插入，从而将两端卡在分料槽口中的待加工轴类零件抓取起来。
进一步地，在转轴支座上设有安装侧板；在安装侧板上设有与分料盘圆周边缘相对的第一位置传感器；产线控制器与第一位置传感器电连接，用于接收第一位置传感器的检测信号。
进一步地，在安装侧板上还设有定位气缸；在分料盘的盘面上且靠近每个分料槽口处均设有一个定位孔；定位气缸的活塞杆端部与分料盘的盘面相对；产线控制器与定位气缸的气泵电连接，用于控制定位气缸活塞杆的伸缩运动。利用定位气缸与定位孔的配合，能够实现分料盘的定位，从而方便第一工业机器人的上料手爪从两个分料盘之间插入抓取待加工零件。
进一步地，在底部支架的底部设有支撑底脚；在驱动链条的外侧包围有防护壳。利用防护壳起到安全防护的作用。
进一步地，自动输送装置包括支撑支架、输送辊、输送带、输送驱动电机、输送驱动链条以及顶部支架；顶部支架固定安装在支撑支架的顶部；各个输送辊旋转式安装在顶部支架上；输送带围绕设置在各个输送辊上，并在输送带上间隔设置有条形板，且条形板的长度方向与输送辊的轴向平行；条形板的两端相均弯折翘起，并在两端的弯折翘起边缘上设有用于托举待加工零件的弧形槽口；输送驱动电机固定安装在支撑支架上；输送驱动电机通过输送驱动链条驱动一个输送辊旋转；产线控制器与输送驱动电机电连接，用于控制输送驱动电机启停工作。利用条形板的两端弯折翘起并设置弧形槽口，使得待加工零件被托举起来，方便第四工业机器人来抓取。
进一步地，在顶部支架的侧边上设有第二位置传感器，产线控制器与第二位置传感器电连接，用于接收第二位置传感器的检测信号。
进一步地，在支撑支架的底部设有底部支撑脚。
进一步地，在第一暂存台和第二暂存台上均设有一个用于检测是否暂存有待加工零件的第三位置传感器；产线控制器与第三位置传感器电连接，用于接收第三位置传感器的检测信号。
本发明创造与现有技术相比，其有益效果是：利用产线控制器对数控加工中心、第一数控车床、第二数控车床、第一工业机器人、第二工业机器人、第三工业机器人、第四工业机器人、自动上料装置以及自动输送装置进行协调控制，可以更为快速稳定的大批量生产轴类零件，有效的降低工人的工作量，以流水线的生产方式代替传统手工生产方式，有效的提升了工作效率，可以大幅度提高产量，满足市场的需求；利用自动上料装置能够自动完成上料操作，避免人工摆放错位，确保产线给料正常运行；利用自动输送装置能够满足较远距离的两个机床间的零件转运，确保流水产线正常运行。
附图说明
图1为本发明创造的整体系统组成示意图；
图2为本发明创造的自动上料装置结构示意图；
图3为本发明创造的自动输送装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明创造技术方案进行详细说明，但是本发明创造的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1：
如图1-3所示，本发明创造公开的用于轴类零件生产的智能制造生产线教学实训系统包括：数控加工中心2、第一数控车床4、第二数控车床3、成品仓5、第一工业机器人13、第二工业机器人11、第三工业机器人9、第四工业机器人7、产线控制器14以及四台电控柜6；四台电控柜6分别与第一工业机器人13、第二工业机器人11、第三工业机器人9以及第四工业机器人7电连接，用于对第一工业机器人13、第二工业机器人11、第三工业机器人9以及第四工业机器人7进行控制；产线控制器14分别与数控加工中心2、第一数控车床4、第二数控车床3以及四台电控柜6电连接，用于对数控加工中心2、第一数控车床4、第二数控车床3以及四台电控柜6进行协调控制；在第一工业机器人13的侧边设有用于输送待加工零件的自动上料装置15；在第一工业机器人13与第二工业机器人11之间设有用于暂存待加工零件的第一暂存台12；在第二工业机器人11与第三工业机器人9之间设有用于暂存待加工零件的第二暂存台10；在第三工业机器人9与第四工业机器人7之间设有自动输送装置8；数控加工中心2、自动输送装置8以及成品仓5均位于第四工业机器人7的伸展范围内；产线控制器14还分别与自动上料装置15以及自动输送装置8电连接，用于对自动上料装置15以及自动输送装置8进行协调控制。
进一步地，数控加工中心2、第一数控车床4、第二数控车床3、成品仓5、第一工业机器人13、第二工业机器人11、第三工业机器人9、第四工业机器人7、产线控制器14、四台电控柜6、自动上料装置15、暂存台12以及自动输送装置8均位于安全围栏1构成的安全区域内。
进一步地，自动上料装置15包括底部支架16、输送槽20、上料驱动电机、槽体支架、转轴23以及两个分料盘24；槽体支架共设置为三个，每个槽体支架均由两根竖向杆18以及一根横向杆19构成，横向杆19两端垂直固定安装在两根竖向杆18上；三个槽体支架间隔设置在底部支架16上，且三个槽体支架上的横向杆19的高度逐渐升高；输送槽20固定安装在三根横向杆19上，使输送槽20呈倾斜状；转轴23通过转轴支座22水平旋转式安装在底部支架16上；两个分料盘24均为圆盘状，且均固定安装在转轴23上；转轴23贯穿分料盘24的圆心，且与分料盘24的盘面垂直；在两个分料盘24的圆周边缘上均等弧长间隔设有分料槽口25，且两个分料盘24上的分料槽口25位置相对应；两个分料盘24均位于输送槽20的倾斜下端出口处；上料驱动电机固定安装在底部支架16上，并利用驱动链条驱动转轴23旋转；产线控制器14与上料驱动电机电连接，用于控制上料驱动电机启停工作。
进一步地，在转轴支座22上设有安装侧板27；在安装侧板27上设有与分料盘24圆周边缘相对的第一位置传感器28；产线控制器14与第一位置传感器28电连接，用于接收第一位置传感器28的检测信号。
进一步地，在安装侧板27上还设有定位气缸29；在分料盘24的盘面上且靠近每个分料槽口25处均设有一个定位孔26；定位气缸29的活塞杆端部与分料盘24的盘面相对；产线控制器14与定位气缸29的气泵电连接，用于控制定位气缸29活塞杆的伸缩运动。在底部支架16的底部设有支撑底脚17；在驱动链条的外侧包围有防护壳30。
进一步地，自动输送装置8包括支撑支架31、输送辊35、输送带40、输送驱动电机33、输送驱动链条34以及顶部支架36；顶部支架36固定安装在支撑支架31的顶部；各个输送辊35旋转式安装在顶部支架36上；输送带40围绕设置在各个输送辊35上，并在输送带40上间隔设置有条形板37，且条形板37的长度方向与输送辊35的轴向平行；条形板37的两端相均弯折翘起，并在两端的弯折翘起边缘上设有用于托举待加工零件的弧形槽口38；输送驱动电机33固定安装在支撑支架31上；输送驱动电机33通过输送驱动链条34驱动一个输送辊35旋转；产线控制器14与输送驱动电机33电连接，用于控制输送驱动电机33启停工作。
进一步地，在顶部支架36的侧边上设有第二位置传感器39，产线控制器14与第二位置传感器39电连接，用于接收第二位置传感器39的检测信号。在支撑支架31的底部设有底部支撑脚32。
进一步地，在第一暂存台12和第二暂存台10上均设有一个用于检测是否暂存有待加工零件的第三位置传感器；产线控制器14与第三位置传感器电连接，用于接收第三位置传感器的检测信号。
本发明创造公开的用于轴类零件生产的智能制造生产线教学实训系统中，数控加工中心2、第一数控车床4以及第二数控车床3均采用现有的常规数控机床，并设有与产线控制器14相连接的通信接口；第一工业机器人13、第二工业机器人11、第三工业机器人9以及第四工业机器人7均采用现有的常规机器手臂，在机器手臂上设有可以旋转切换的上料手爪和下料手爪，每个工业机器人均与对应的电控柜6电连接，实现动作的控制；四台电控柜6均与产线控制器14进行通信，由产线控制器14对四台电控柜6进行协调控制；第一位置传感器28、第二位置传感器39以及第三位置传感器可采用红外传感器或霍尔传感器，能够检测到位置信号即可，由产线控制器14接收三种位置传感器的位置信号，从而协调控制数控加工中心2、第一数控车床4、第二数控车床3、第一工业机器人13、第二工业机器人11、第三工业机器人9、第四工业机器人7、自动上料装置15以及自动输送装置8。该智能制造生产线教学实训系统中涉及到的软件部分均为现有的常规软件设计，且数控加工中心2、第一数控车床4、第二数控车床3、第一工业机器人13、第二工业机器人11、第三工业机器人9以及第四工业机器人7均有各自的软件系统，为现有技术。
本发明创造公开的用于轴类零件生产的智能制造生产线教学实训系统在工作时，从自动上料装置15开始，一直到零件加工完成放置成品仓5中结束，具体实现步骤为：
(1)工人手工往输送槽20内码放待加工的轴类零件21至满仓，由于输送槽20的倾斜设置，毛坯的轴类零件21会在两个分料盘24旋转过程中滚落至对应位置处的两个分料槽口25内，轴类零件21的两端刚好陷入两个分料槽口25，上料驱动电机驱动分料槽口25行走至第一工业机器人13的上料位时停止，由第一位置传感器28检测分料槽口25处是否有待加工的轴类零件21，若有则驱动定位气缸29的活塞杆端部插入对应的定位孔26进行定位，等待第一工业机器人13来抓取待加工的轴类零件21；
(2)在第一工业机器人13完成一个上料循环后，移至上料位抓取待加工的轴类零件21，并将待加工的轴类零件21抓取移至第一数控车床4的机床上料区等待上料指令，等第一数控车床4加工完成后，机床发出加工完成的信号，机床自动门打开，第一工业机器人13的下料手爪进入机床内部卸下已经加工好的轴类零件21，然后旋转手腕，将上料手爪上待加工的轴类零件21对准机床卡盘之后给第一数控车床4上料，两个动作完成后第一工业机器人13退出第一数控车床4；
(3)在第一数控车床4加工完成后，由第一工业机器人13进入第一数控车床4内抓取轴类零件21移动至第一暂存台12上；第一暂存台12的第三位置传感器检测到有料信号后，发出信号，等待第二工业机器人11来抓取；第二工业机器人11抓取后，将零件放到第二暂存台10上，第二暂存台10的第三位置传感器检测到有料信号后，发出信号，等待第三工业机器人9来抓取；第三工业机器人9从第二暂存台10上抓取轴类零件21移动至第二数控车床3上料区等待上料指令。
(4)在第二数控车床3加工完成后机床发出加工完成的信号，第二数控车床3的自动门打开，第三工业机器人9进入第二数控车床3内部，下料手爪卸下加工完成的轴类零件21，然后旋转手腕，将上料手爪上待加工的轴类零件21对准机床卡盘之后给第二数控车床3上料，两个动作完成后第三工业机器人9退出第二数控车床3。
(5)第三工业机器人9抓住加工完成后的轴类零件21移动至自动输送装置8上方，将轴类零件21放入条形板37两端的弧形槽口38内；当安装在支撑支架31尾端的第二位置传感器39检测到有料信号后，发出物料准备完成的信号，同时停止输送驱动电机33工作，等待第四工业机器人7来抓取；
(6)第四工业机器人7从自动输送装置8上抓取轴类零件21移动至数控加工中心2发热上料区等待上料指令。等数控加工中心2加工完成后，数控加工中心2发出加工完成的信号，数控加工中心2的自动门打开，第四工业机器人7进入数控加工中心2内部，由下料手爪卸下加工完成的轴类零件21，然后旋转手腕，将上料手爪上待加工的轴类零件21对准机床卡盘之后给数控加工中心2上料，两个动作完成后退出数控加工中心2。第四工业机器人7将数控加工中心2加工完成的轴类零件21逐一放入成品仓5中，完成一个工作循环。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明创造，但其不得解释为对本发明创造自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明创造的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (10)
1.一种用于轴类零件生产的智能制造生产线教学实训系统，包括数控加工中心(2)、第一数控车床(4)、第二数控车床(3)、成品仓(5)、第一工业机器人(13)、第二工业机器人(11)、第三工业机器人(9)、第四工业机器人(7)、产线控制器(14)以及四台电控柜(6)；四台电控柜(6)分别与第一工业机器人(13)、第二工业机器人(11)、第三工业机器人(9)以及第四工业机器人(7)电连接，用于对第一工业机器人(13)、第二工业机器人(11)、第三工业机器人(9)以及第四工业机器人(7)进行控制；产线控制器(14)分别与数控加工中心(2)、第一数控车床(4)、第二数控车床(3)以及四台电控柜(6)电连接，用于对数控加工中心(2)、第一数控车床(4)、第二数控车床(3)以及四台电控柜(6)进行协调控制；其特征在于：在第一工业机器人(13)的侧边设有用于输送待加工零件的自动上料装置(15)；在第一工业机器人(13)与第二工业机器人(11)之间设有用于暂存待加工零件的第一暂存台(12)；在第二工业机器人(11)与第三工业机器人(9)之间设有用于暂存待加工零件的第二暂存台(10)；在第三工业机器人(9)与第四工业机器人(7)之间设有自动输送装置(8)；数控加工中心(2)、自动输送装置(8)以及成品仓(5)均位于第四工业机器人(7)的伸展范围内；产线控制器(14)还分别与自动上料装置(15)以及自动输送装置(8)电连接，用于对自动上料装置(15)以及自动输送装置(8)进行协调控制。
2.根据权利要求1所述的用于轴类零件生产的智能制造生产线教学实训系统，其特征在于：数控加工中心(2)、第一数控车床(4)、第二数控车床(3)、成品仓(5)、第一工业机器人(13)、第二工业机器人(11)、第三工业机器人(9)、第四工业机器人(7)、产线控制器(14)、四台电控柜(6)、自动上料装置(15)、暂存台(12)以及自动输送装置(8)均位于安全围栏(1)构成的安全区域内。
3.根据权利要求1所述的用于轴类零件生产的智能制造生产线教学实训系统，其特征在于：自动上料装置(15)包括底部支架(16)、输送槽(20)、上料驱动电机、槽体支架、转轴(23)以及两个分料盘(24)；槽体支架共设置为三个，每个槽体支架均由两根竖向杆(18)以及一根横向杆(19)构成，横向杆(19)两端垂直固定安装在两根竖向杆(18)上；三个槽体支架间隔设置在底部支架(16)上，且三个槽体支架上的横向杆(19)的高度逐渐升高；输送槽(20)固定安装在三根横向杆(19)上，使输送槽(20)呈倾斜状；转轴(23)通过转轴支座(22)水平旋转式安装在底部支架(16)上；两个分料盘(24)均为圆盘状，且均固定安装在转轴(23)上；转轴(23)贯穿分料盘(24)的圆心，且与分料盘(24)的盘面垂直；在两个分料盘(24)的圆周边缘上均等弧长间隔设有分料槽口(25)，且两个分料盘(24)上的分料槽口(25)位置相对应；两个分料盘(24)均位于输送槽(20)的倾斜下端出口处；上料驱动电机固定安装在底部支架(16)上，并利用驱动链条驱动转轴(23)旋转；产线控制器(14)与上料驱动电机电连接，用于控制上料驱动电机启停工作。
4.根据权利要求3所述的用于轴类零件生产的智能制造生产线教学实训系统，其特征在于：在转轴支座(22)上设有安装侧板(27)；在安装侧板(27)上设有与分料盘(24)圆周边缘相对的第一位置传感器(28)；产线控制器(14)与第一位置传感器(28)电连接，用于接收第一位置传感器(28)的检测信号。
5.根据权利要求4所述的用于轴类零件生产的智能制造生产线教学实训系统，其特征在于：在安装侧板(27)上还设有定位气缸(29)；在分料盘(24)的盘面上且靠近每个分料槽口(25)处均设有一个定位孔(26)；定位气缸(29)的活塞杆端部与分料盘(24)的盘面相对；产线控制器(14)与定位气缸(29)的气泵电连接，用于控制定位气缸(29)活塞杆的伸缩运动。
6.根据权利要求3所述的用于轴类零件生产的智能制造生产线教学实训系统，其特征在于：在底部支架(16)的底部设有支撑底脚(17)；在驱动链条的外侧包围有防护壳(30)。
7.根据权利要求1所述的用于轴类零件生产的智能制造生产线教学实训系统，其特征在于：自动输送装置(8)包括支撑支架(31)、输送辊(35)、输送带(40)、输送驱动电机(33)、输送驱动链条(34)以及顶部支架(36)；顶部支架(36)固定安装在支撑支架(31)的顶部；各个输送辊(35)旋转式安装在顶部支架(36)上；输送带(40)围绕设置在各个输送辊(35)上，并在输送带(40)上间隔设置有条形板(37)，且条形板(37)的长度方向与输送辊(35)的轴向平行；条形板(37)的两端相均弯折翘起，并在两端的弯折翘起边缘上设有用于托举待加工零件的弧形槽口(38)；输送驱动电机(33)固定安装在支撑支架(31)上；输送驱动电机(33)通过输送驱动链条(34)驱动一个输送辊(35)旋转；产线控制器(14)与输送驱动电机(33)电连接，用于控制输送驱动电机(33)启停工作。
8.根据权利要求7所述的用于轴类零件生产的智能制造生产线教学实训系统，其特征在于：在顶部支架(36)的侧边上设有第二位置传感器(39)，产线控制器(14)与第二位置传感器(39)电连接，用于接收第二位置传感器(39)的检测信号。
9.根据权利要求7所述的用于轴类零件生产的智能制造生产线教学实训系统，其特征在于：在支撑支架(31)的底部设有底部支撑脚(32)。
10.根据权利要求7所述的用于轴类零件生产的智能制造生产线教学实训系统，其特征在于：在第一暂存台(12)和第二暂存台(10)上均设有一个用于检测是否暂存有待加工零件的第三位置传感器；产线控制器(14)与第三位置传感器电连接，用于接收第三位置传感器的检测信号。
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