CN109712508B - 机械加工自动化生产单元实验平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机械加工自动化生产单元实验平台，用于解决现有机械加工自动化生产效率低的技术问题。技术方案是采用装有零点定位销的夹具模拟实际加工的工件，采用四个气动零点定位器模拟四台机械加工设备，机器人作为搬运设备，能够真实模拟机械加工过程中的工件加工以及调度情况，机器人手爪和气动零点定位器的气动控制回路，通过以太网实现信息交互，实现实验平台的自动化调度，还能够对调度安排进行可行性验证，以提高机械加工过程中自动化生产的效率。

Description

机械加工自动化生产单元实验平台
技术领域
本发明属于机械制造领域，具体是涉及一种机械加工自动化生产单元实验平台。
背景技术
随着计算机技术以及数字信息技术的不断提高，以机器人运输为代表的成套生产装备的搭建与运行就显得尤为重要。自动化生产单元能够减少人为干预，提高生产效率。因此近年来在机械制造业中得到应用与推广。调度是生产过程中至关重要的环节，合理的调度能够提高设备利用率，进而提高生产率。然而，几乎所有调度安排的可行性验证都基于简化调度模型的仿真，缺乏对生产环境以及机器人搬运时间的考虑，从而很难适用于实际的机械加工自动化生产单元。因此，想要验证调度安排的可行性，机械加工自动化生产单元实验平台就显得尤为重要了。
文献“求解柔性Job-shop调度问题的混合粒子群算法[J].宋存利,时维国.大连交通大学学报,2013,34(6):103-107.”公开了一种基于已知设备加工时间、不考虑实际生产环境影响及搬运时间的调度模型，用VB编程验证调度安排的可行性。然而，在实际生产过程中，设备的加工时间存在不确定性，实际生产环境及机器人搬运时间都会对调度安排的可行性起到决定性作用。机械加工自动化生产单元实验平台能够真实模拟机械加工过程中的工件加工以及调度情况，能够避免调度安排直接应用于实际机械加工自动化生产单元中带来的资源浪费。所以，机械加工自动化生产单元实验平台对调度安排的可行性验证起着至关重要的作用。
发明内容
为了克服现有机械加工自动化生产效率低的不足，本发明提供一种机械加工自动化生产单元实验平台。该实验平台采用装有零点定位销的夹具模拟实际加工的工件，采用四个气动零点定位器模拟四台机械加工设备，机器人作为搬运设备，能够真实模拟机械加工过程中的工件加工以及调度情况，机器人手爪和气动零点定位器的气动控制回路，通过以太网实现信息交互，实现实验平台的自动化调度，还能够对调度安排进行可行性验证，以提高机械加工过程中自动化生产的效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种机械加工自动化生产单元实验平台，其特点是包括机器人、气隙传感器、二位五通电磁阀、二位三通电磁阀、气动零点定位器、时间继电器和指示灯。所述的机器人与西门子PLC通过以太网实现信号交互。西门子PLC控制气隙传感器、时间继电器和气动零点定位器。机器人配有一个机械手爪，通过接收指令依次搬运装有零点定位销的夹具，直到装有零点定位销的夹具按顺序经过四个气动零点定位器，将其运送至卸载站。所述气隙传感器用于感应气动零点定位器锁紧或松开的状态。所述二位五通电磁阀作用机器人手爪内部弹簧，通过施加压力来控制夹紧和松开两种状态。二位三通电磁阀作用气动零点定位器内部弹簧，通过施加压力来控制锁紧和松开两种状态。所述气动零点定位器有四个，分别模拟四台机械加工设备，装有零点定位销的夹具模拟实际加工的工件，四个指示灯分别装于四个气动零点定位器上，模拟机械加工设备加工状态显示。所述时间继电器用于模拟工件在机械加工设备上的加工时间。当稳压气源通过减压阀给二位五通电磁阀供气时，推动弹簧产生轴向位移，机械手爪完全松开准备夹取装有零点定位销的夹具。当接收到夹紧信号时，电磁阀向右吸合，完成手爪夹紧动作。当接收到松开信号时，稳压气源接入减压阀，进入二位三通电磁阀，推动弹簧产生轴向位移，使气动零点定位器松开准备夹持装有零点定位销的夹具。当接收到锁紧信号时，电磁阀向右吸合，完成气动零点定位器锁紧的动作。
所述机器人是KUKA机器人。
所述气动零点定位器是AMF零点定位器。
所述气隙传感器有八个，每个气动零点定位器通过两个气隙传感器分别感应锁紧和松开状态。
本发明的有益效果是：该实验平台采用装有零点定位销的夹具模拟实际加工的工件，采用四个气动零点定位器模拟四台机械加工设备，机器人作为搬运设备，能够真实模拟机械加工过程中的工件加工以及调度情况，机器人手爪和气动零点定位器的气动控制回路，通过以太网实现信息交互，实现实验平台的自动化调度，还能够对调度安排进行可行性验证，以提高机械加工过程中自动化生产的效率。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明机械加工自动化生产单元实验平台的框图。
图2是图1中各组件的布局图。
图3是图1中机器人手爪的气动控制回路示意图。
图4是图1中气动零点定位器的气动控制回路示意图。
具体实施方式
以下实施例参照图1～4。
本发明机械加工自动化生产单元实验平台包括机器人、气隙传感器、二位五通电磁阀、二位三通电磁阀、气动零点定位器、时间继电器和指示灯。
机器人与西门子PLC通过以太网实现信号交互。西门子PLC能够控制气隙传感器、时间继电器和气动零点定位器。通过信息的交互，实现整体系统的信息集成和自动化调度。
所述机器人为KUKA机器人，其配有一个机械手爪。机器人通过接收指令依次搬运装有零点定位销的夹具，直到装有零点定位销的夹具按特定顺序经过四个气动零点定位器，将其运送至卸载站。
所述气隙传感器用于感应气动零点定位器锁紧或松开的状态，以保证实验平台的正常运行。该实验平台配有八个气隙传感器，每个气动零点定位器通过两个气隙传感器分别感应锁紧和松开的状态。
所述电磁阀用于控制锁紧和松开两种状态，该实验平台配有一个二位五通电磁阀和四个二位三通电磁阀，以二位五通电磁阀作用机器人手爪内部弹簧，通过施加压力来控制夹紧和松开两种状态。以二位三通电磁阀作用气动零点定位器内部弹簧，通过施加压力来控制锁紧和松开两种状态。
所述气动零点定位器采用AMF零点定位器，该实验平台采用四个气动零点定位器模拟四台机械加工设备，采用装有零点定位销的夹具模拟实际加工的工件，四个指示灯分别装于四个气动零点定位器，模拟机械加工设备加工状态显示。所述时间继电器用于模拟工件在机械加工设备上的加工时间。
该机械加工自动化生产单元实验平台是通过系统的控制，实现机器人将装载站中的装有零点定位销的夹具取出，按特定顺序经过四个气动零点定位器，最后将其运送至卸载站。西门子PLC扩展输入输出模块、气隙传感器、时间继电器、二位五通电磁阀、二位三通电磁阀这些组件都放置在控制柜中，四个指示灯接入电路并分别安装于四个气动零点定位器旁，用于模拟机械加工设备加工状态显示。所述指示灯有红黄绿三种颜色，绿灯亮模拟机械加工设备处于空闲状态，即气动零点定位器处于松开状态，等待机器人搬运装有零点定位销的夹具。红灯亮模拟机械加工设备处于加工状态，即气动零点定位器夹紧装有零点定位销的夹具。黄灯亮模拟机械加工设备上的工件加工完成，即气动零点定位器等待机器人将其上的装有零点定位销的夹具搬离。编程设备用于程序的导入，实现机械加工自动化生产单元实验平台的自动化调度。
所述机器人手爪的气动控制回路的设计为，系统上电之后，接通稳压气源，接通减压阀使其阀后压力降至0.4-0.8MPa，并保持稳定。当稳压气源通过减压阀给二位五通电磁阀供气时，使二位五通电磁阀端1、2及4、5端接通，并与机器人手爪内部形成回路，推动弹簧产生轴向位移，使手爪松开准备夹持装有零点定位销的夹具。当接收到夹紧信号时，单电控端YV61产生信号，二位五通电磁阀向右吸合，使二位五通电磁阀端1、4及2、3端接通，与机器人手爪内部形成反向回路，出气口3通向消音器，完成手爪夹紧的动作。
以气动零点定位器1为例，所述气动零点定位器的气动控制回路的设计为，气路由稳压气源接入减压阀，使其阀后压力降至0.08-0.16MPa，然后进入二位三通电磁阀，此时二位三通电磁阀端1、2连通，阀端2与气动零点定位器1连通形成气路，推动弹簧产生轴向位移，使气动零点定位器松开准备夹持装有零点定位销的夹具。气动零点定位器的端口3通向气隙传感器1，气隙传感器1的两个输出口分别检测此时工作气压信号和松开信号。当接收到锁紧信号时，单电控端YV63产生信号，二位三通电磁阀向右吸合，使其2、3端相连，出气口3通向消音器，完成气动零点定位器锁紧的动作。当气动零点定位器锁紧装有零点定位销的夹具时，气动零点定位器的端口4通向气隙传感器2，气隙传感器2的两个输出口分别检测此时工作气压信号和锁紧信号。
本机械加工自动化生产单元实验平台具体控制电路要求为：1)当手爪收到夹紧信号时，YV61的电磁阀导通，手爪夹紧。当手爪收到松开信号时，手爪松开。2)以气动零点定位器1为例，当二位三通电磁阀进气时，信号1.1检测实时的工作气压，到达完全松开状态的气压时，信号1.2开关闭合，说明气动零点定位器1已完全松开。当气动零点定位器1锁紧时，信号2.1检测实时的工作气压，到达完全锁紧状态的气压时，信号2.2开关闭合，说明气动零点定位器1已完全锁紧。3)当气动零点定位器松开时，绿灯亮。当气动零点定位器锁紧装有零点定位销的夹具时，时间继电器接通，开始计时，此时红灯亮，当时间到达设定时间时，黄灯亮。

Claims (4)

1.一种机械加工自动化生产单元实验平台，其特征在于：包括机器人、气隙传感器、二位五通电磁阀、二位三通电磁阀、气动零点定位器、时间继电器和指示灯；所述的机器人与西门子PLC通过以太网实现信号交互；西门子PLC控制气隙传感器、时间继电器和气动零点定位器；机器人配有一个机械手爪，通过接收指令依次搬运装有零点定位销的夹具，直到装有零点定位销的夹具按顺序经过四个气动零点定位器，将其运送至卸载站；所述气隙传感器用于感应气动零点定位器锁紧或松开的状态；所述二位五通电磁阀作用机械手爪内部弹簧，通过施加压力来控制夹紧和松开两种状态；二位三通电磁阀作用气动零点定位器内部弹簧，通过施加压力来控制锁紧和松开两种状态；所述气动零点定位器有四个，分别模拟四台机械加工设备，装有零点定位销的夹具模拟实际加工的工件，四个指示灯分别装于四个气动零点定位器上，模拟机械加工设备加工状态显示；所述时间继电器用于模拟工件在机械加工设备上的加工时间；当稳压气源通过减压阀给二位五通电磁阀供气时，推动机械手爪内部弹簧产生轴向位移，机械手爪完全松开准备夹取装有零点定位销的夹具；当接收到夹紧信号时，二位五通电磁阀向右吸合，完成手爪夹紧动作；当接收到松开信号时，稳压气源接入减压阀，进入二位三通电磁阀，推动气动零点定位器内部弹簧产生轴向位移，使气动零点定位器松开准备夹持装有零点定位销的夹具；当接收到锁紧信号时，二位三通电磁阀向右吸合，完成气动零点定位器锁紧的动作。
2.根据权利要求1所述的机械加工自动化生产单元实验平台，其特征在于：所述机器人是KUKA机器人。
3.根据权利要求1所述的机械加工自动化生产单元实验平台，其特征在于：所述气动零点定位器是AMF零点定位器。
4.根据权利要求1所述的机械加工自动化生产单元实验平台，其特征在于：所述气隙传感器有八个，每个气动零点定位器通过两个气隙传感器分别感应锁紧和松开状态。
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