CN114633120A - 一种教学设备用的柔性混单生产线以及生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种教学设备用的柔性混单生产线以及生产方法。属于教学设备生产的技术领域。包括：总控台，电连接于总控台的立体库站、数控加工站、装配工作站、激光雕刻工作站、以及穿梭在各站之间的调度小车；其中调度小车基于标签读取器获取的实时信息实现对当前工件的有效调度，所述实时信息至少包括：工件种类、当前坐标位置、以及加工路径。通过设计调用多种设备，满足多种加工对象的工装夹具条件，使加工中心支持连续加工不同的工件，并且在后续装配站上将具有装配功能的装置配合工业机器人使用，来完成不同成品的装配。整个系统高效稳定，满足两种或两种以上加工对象混单生产的要求。

Description

一种教学设备用的柔性混单生产线以及生产方法

技术领域

本发明属于教学设备生产的技术领域，特别是涉及一种教学设备用的柔性混单生产线以及生产方法。

背景技术

教育是为社会发展、进步不断培养人才的重要工程，各个学科都需要教育工作者不断研究新的教案和教学工具，顺应科学技术的不断发展。且教育形式越来越多元化，对应的教学实训装置的种类也越来越多，因此不同种类的教学实训装置的形状、大小各不相同。在生产时将会带来以下问题：目前的生产线具有单一性，即不能同时满足两种加工对象的生产要求，具体表现为：搬运、存储、焊接等等各个工序。

发明内容

本发明为解决上述背景技术中存在的技术问题，提供了一种教学设备用的柔性混单生产线以及生产方法。

本发明采用以下技术方案：一种教学设备用的柔性混单生产线，至少包括：总控台，电连接于总控台的立体库站、数控加工站、装配工作站、激光雕刻工作站、以及穿梭在各站之间的调度小车；

托盘，分别适配于数控加工站、装配工作站、雕刻工作站且同时适用于立体库站、调度小车；所述托盘用于放置不同类型的工件；所述托盘的底部设置有标签，所述标签上存储有关于工件的实时信息，所述实时信息至少包括：工件种类、当前坐标位置、以及加工路径；

标签读取器，对应设于调度小车内；调度小车基于标签读取器获取的实时信息实现对当前工件的有效调度。

在进一步的实施例中，所述立体库站至少包括：

货架，设置有若干个放置腔体；所述放置腔体的底部为镂空结构；

堆垛机构，设于所述货架的正面；所述堆垛机构包括：沿货架长度方向设置的X轴移动组件，传动连接于所述X轴移动组件的Z轴移动组件；

伸缩货叉，传动连接于所述Z轴组件；所述伸缩货叉在Y轴向上具有一个自由度，用于将放置在伸缩货叉上的托盘转移至货架内对应放置腔体内；

光电传感器，对应安装于所述放置腔体的底部。

在进一步的实施例中，所述伸缩货叉包括：安装板，传动连接于所述Z轴移动组件；

底板，垂直固定于所述安装板；所述底板的底部安装有驱动电机，所述底板的上表面从下至上依次设置有第一伸缩板和第二伸缩板；

一级传动组件，设于所述底板上并传动连接于驱动电机；

二级传动组件，设于所述第一伸缩板上，并同时传动连接于一级传动组件和第二伸缩板；驱动电机正转时，第一伸缩板与第二伸缩板同时向货架所在方向伸出，驱动电机反转时，第一伸缩板与第二伸缩板同时向货架的反方向压缩。

在进一步的实施例中，所述装配工作站至少包括：电机转子装配区和模具装配区，

所述电机转子装配通过输送带与电机夹爪之间的配合完成电机转子的调度与装配；

所述模具装配区通过装配夹爪与搬运夹爪之间的配合完成模具的调度与装配。

在进一步的实施例中，还包括夹爪更换台，包括：

台体，其顶面自上而下凹陷预定深度生成至少一组收容部；每组收容部至少包括：电机夹爪收容腔体、装配夹爪收容腔体、以及搬运夹爪收容腔体；

当电机夹爪、装配夹爪、或搬运夹爪处于待命状态时，则竖向放置在对应的收容腔体内。

在进一步的实施例中，所述托盘至少包括：电机转子托盘、圆形笔筒托盘、方形笔筒托盘、模具托盘；所述电机转子托盘、圆形笔筒托盘、方形笔筒托盘、模具托盘的两侧面在不同位置处设置有防呆部。

在进一步的实施例中，所述调度小车包括：

车体，在水平面上具有至少两个自由度；所述车体的顶部为敞口结构；

输送机构，设于所述敞口结构的顶部两侧；

顶升机构，安装于所述敞口结构内；

升降板，传动连接于所述顶升机构的输出端；所述升降板用于安装所述标签读取器；所述输送机构被设置为将托盘底部的标签定位在标签读取器的上方；所顶升机构被设置为驱动标签读取器与托盘相靠近，读取托盘上的标签。

在进一步的实施例中，所述视觉检测区至少包括视觉检测工位；

所述激光打标区至少包括：机架，固定安装于所述机架的激光打标机以及活动安装于机架的激光打标滑台；所述激光打标滑台包括滑轨组件，传动设于所述滑轨组件上的平面加工单元和曲面加工单元。

在进一步的实施例中，所述平面加工单元包括：顶板，连接于所述滑轨组件上；

定夹块，固定于所述顶板；

动夹块，设于所述定夹块的对立面；

推板气缸，传动连接于所述动夹块；所述推板气缸被设置为驱动动夹块相对定夹块做相向或背向运动；

所述曲面加工单元包括：步进电机，安装于所述滑轨组件上；

工作轴，啮合连接于所述步进电机的输出轴；

气动卡盘，连接于所述工作轴；所述气动卡盘上设置有气压调节器；所述气动卡盘具有夹持部，所述夹持部在工作轴的作用下做相向或者背向运动。

使用如上所述的教学设备用的柔性混单生产线的生产方法，包括以下步骤：

将工件按照其自身的种类放置到对应的托盘上，并在托盘底部贴上标签：工件类型、当前坐标位置、以及加工路径；

对托盘按照当前坐标位置和加工路径完成指令：当工件需要存储入库时，则使用调度小车将工件转移到立体库站，立体库站内的堆垛机构件托盘转运到货架内的放置腔体的正前方，并使用伸缩货叉将托盘转移到放置腔体内；当工件需要取出时，反之；

当工件需要数控加工时，则使用调度小车将工件转移到数控加工站内，完成加工处理；

当工件需要装配工作时，则使用调度小车将工件转移到装配工作站内，通过输送带与电机夹爪之间的配合完成电机转子的调度与装配；或者通过装配夹爪与搬运夹爪之间的配合完成模具的调度与装配；

当工件需要激光雕刻，则使用调度小车将工件转移到激光雕刻站内，完成响应的激光雕刻和检测；

在上述任意过程中，均借助于夹爪更换台实现所需夹爪的更换，且工件每完成一次工作处理，其对应的标签实时信息中的当前坐标位置对应更新一次。

本发明的有益效果：通过设计调用多种设备，满足多种加工对象的工装夹具条件，使加工中心支持连续加工不同的工件，并且在后续装配站上将具有装配功能的装置配合工业机器人使用，来完成不同成品的装配。整个系统高效稳定，满足两种或两种以上加工对象混单生产的要求。不同的物料有不同的加工工艺，电机转子工艺流程如下：先在立体库进行坯料准备，再有数控车床进行一次车二次车，再到数控加工中心进行加工，再到装配站进行电机轴和轴套装配，到激光打标工位进行激光打标，再到视觉检测检查是否装配到位，最后入库。模具生产流程如下：在立体库进行坯料准备，到加工中心外形加工，到装配站装配，到激光打标工位进行激光打标，再进行视觉检测，最后入库。

柔性制造加工过程，通过RIFD标签让每一个加工对象都有独有的信息，并通过信息管理系统为每一个加工对象调整后续的加工路径。

采用PLC、机器人等工控设备，针对控制器的自动搬运，采用机器人带手爪来完成控制器的抓取，并且配合流水线，可完成自动抓料与装箱，即节约人工成本又提高了生产组装效率。

托盘上的定位孔设计都各不相同，使得定位更加准确，防止人为放置出现错误，提高了系统的精准性。

附图说明

图1为本发明的总装图。

图2为立体库站的结构示意图。

图3为立体库站中的货架的结构示意图。

图4为立体库站中的伸缩货叉的结构示意图。

图5为电机转子装配区的结构示意图。

图6为模具装配区的结构示意图。

图7为装配夹爪的结构示意图。

图8为搬运夹爪的结构示意图。

图9为夹爪更换台的结构示意图。

图10为托盘的俯视图。

图11为调度小车的结构示意图。

图12为激光雕刻站的结构示意图。

图1至图12中的各标注为：总控台1、立体库站2、装配工作站3、激光雕刻工作站4、调度小车5、托盘6、数控加工站7、货架201、放置腔体202、堆垛机构203、伸缩货叉204、光电传感器205、底板206、驱动电机207、第一伸缩板208、第二伸缩板209、二级传动组件210、连接部211、支撑部212、带轮输送组件301、顶出机构302、装配台303、上模具304、下模具305、物料台306、上衬套307、定位销308、装配夹爪309、夹持板310、夹持块311、搬运夹爪312、夹持臂311、电机夹爪312、台体313、第一夹爪气缸314、第二夹爪气缸315、视觉检测工位401、平行气缸402、激光打标机403、激光打标滑台404、车体501、敞口结构502、输送机构503、电机转子托盘601、圆形笔筒托盘602、方形笔筒托盘603、模具托盘604、防呆部605。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明做进一步的描述。

目前，大多数高校自动化设备比较单一，无法满足学生系统学习的要求。本系统完整模拟了实际生产环境中从毛坯料到成品的加工路径，可以实现三种加工对象同时加工混单生产的工艺要求。

实施例1

为此，本实施例公开了一种教学设备用的柔性混单生产线，由总控台1、立体库站2、数控加工站、装配工作站3、激光雕刻工作站4组成，总控台1对各部分进行调度从而达到系统的稳定运行。同时还配置有调度小车5，用于实现工件在立体库站2、数控加工站7、装配工作站3、激光雕刻工作站4相互之间的调度。

同时，由于教学设备在加工完成之前会出现各种不同的工件，每个工件的种类、形状与大小均各不相同，因此在使用同一种调度小车5完成调度时，需要保证不同工件的载体即托盘6均与调度小车5相适配，故在本实施例中，所使用的托盘6需要满足以下需求：托盘6，分别适配于数控加工站、装配工作站3、雕刻工作站且同时适用于立体库站2、调度小车5。换言之，按照以下四种工件为例：电机转子、原型笔筒、方形笔筒以及模具。托盘6则至少包括以下四种：电机转子托盘601、圆形笔筒托盘602、方形笔筒托盘603、模具托盘604。在使用时，电机转子托盘601、圆形笔筒托盘602、方形笔筒托盘603、模具托盘604按照工件类型与加工路径中的加工站相适配，同时还与立体库站2、调度小车5相适配。因为，不管工件的种类如何，其必须是要经过立体库站2的存储、调度小车5的调配，因此任意一个托盘6都是适用于立体库站2、调度小车5的。

基于上述描述，本实施例中至少存在四种托盘6：电机转子托盘601、圆形笔筒托盘602、方形笔筒托盘603、模具托盘604。托盘6因需要同时适配于立体库站2和调度小车5，因此托盘6的形状和大小是一致的，但是托盘6是用来承载不同得到工件的，基于不同的工件种类托盘6的放置区跟随着工件种类实现分类管理，故为了更好的基于工件种类区分出对应的托盘6，在进一步的实施例中，电机转子托盘601、圆形笔筒托盘602、方形笔筒托盘603、模具托盘604的两侧面在不同位置处设置有防呆部605。所述防呆部605为向内凹陷的定位孔，换言之，用于放置不同工件种类的托盘6的定位孔的位置和数量均不相同，在使用时通过当前托盘6上定位孔的位置和数量区分其工件的种类，如图10所示。每个托盘6的定位孔各不相同，从左到右依次为电机转子托盘601、圆形笔筒托盘602、方形笔筒托盘603、模具托盘604。定位孔在数量和水平方向设计上都有所区分：每个托盘6两侧的定位孔和数量各不相同，用于区分所属工件种类的同时还用作防呆。

同时，为了便于调度小车5在最短的时间内完成对应托盘6上工件的调度，故在托盘6的底部设置有标签，所述标签上存储有关于工件的实时信息，所述实时信息至少包括：工件种类、当前坐标位置、以及加工路径。其中工件种类为：电机转子、原型笔筒、方形笔筒以及模具。当前坐标位置可以理解为工件目前已完成的加工处理，则对应的加工路径为该工件在整个流程中需要经过的站台及处理工种，基于当前完成的加工处理，直接获取该工件的下个站台，则调度小车5按照下个站台进行调度。对应的，调度小车5内设置有标签读取器，调度小车5基于标签读取器获取的实时信息实现对当前工件的有效调度。

举例说明：假设当前的工件为模具，则放置在对应的模具托盘604上，则模具托盘604底部的标签上的实施信息为：模具、立体库站2、立体库站2-装配工作站3-激光雕刻工作站4，即当前的工件正被存储在立体库站2内，且下一个工序为装配。故调度小车5上的标签读取器读取到实时信息时，则开始对所述托盘6从立体库站2调度到装配工作站3；待对应工件在于装配工作站3完成装配后，更新实时信息为：模具、装配工作站3、立体库站2-装配工作站3-激光雕刻工作站4。此时调度小车5上的标签读取器再次读取到实时信息时，则开始对所述托盘6从装配工作站3调度到激光雕刻工作站4；待对应工件在于激光雕刻工作站4完成装配后，更新实时信息为：模具、激光雕刻工作站4、立体库站2-装配工作站3-激光雕刻工作站4。此时调度小车5上的标签读取器再次读取到实时信息时，则开始对所述托盘6从激光雕刻工作站4调度到立体库站2进行存储。

在进一步的实施例中，如图2至图4所示，所述立体库站2至少包括：货架201，其内部呈矩阵式设置有若干个放置腔体202；所述放置腔体202的底部为镂空结构；所述镂空结构则是为了便于实现托盘6出入时的调度。放置腔体202的数量可以根据需求而定。可以是几十个放置腔体202也可以是几百个放置腔体202，其数量的多少则意味着其存储量的大小。在进一步的实施例中，每个放置腔体202的底部对称设置有两放置件，两放置件之间设有预定距离构成镂空结构。在进一步的实施例中，放置件包括：连接部211和支撑部212，其中连接部211按照预定角度向内倾斜固定在架体上；支撑部212的一端面则水平固定连接于所述连接部211的末端。换言之。两相对设置的支撑部212之间留有预定的空隙形成镂空结构，在放置托盘6或者取出时，给伸缩货叉204提供了操作空间。并在支撑部212的下方安装有光电传感器205，用于检测对应放置腔体202内是否存在托盘6。用于判断当前哪些放置腔体202处于空闲状态，便于物件入库。

在进一步的实施例中，货架201的正面设置有堆垛机构203，所述堆垛机构203包括：沿货架201长度方向设置的X轴移动组件，传动连接于所述X轴移动组件的Z轴移动组件。其中，X轴移动组件、Z轴移动组件均采用齿轮齿条传动。需要说明的是，在本实施例中，X轴向为货架201的长度方向，Z轴向为货架201的高度方向。伸缩货叉204传动连接于所述Z轴组件，即通过X轴移动组件与Z轴移动组件的配合实现了伸缩货叉204根据需求转移至指定的放置腔体202所在的位置处。

同时为了实现对托盘6的放置和取出，在本实施例中，所述伸缩货叉204在Y轴向上具有一个自由度，用于将放置在伸缩货叉204上的托盘6转移至货架201内对应的放置腔体202内。通过以下技术方案实现：所述伸缩货叉204包括：传动连接于Z轴移动组件的安装板，垂直固定在所述安装板底部的底板206，即底板206为水平设置的。底板206的底部安装有驱动电机207，并在底板206的上表面从下至上依次设置有第一伸缩板208和第二伸缩板209。底板206与第一伸缩板208之间设置有一级传动组件，且所述一级传动组件传送连接于驱动电机207。第一伸缩板208与第二伸缩板209间设置有二级传动组件210，且所述二级传动组件210同时传动连接于一级传动组件和第二伸缩板209。当驱动电机207正转时，第一伸缩板208与第二伸缩板209同时向货架201所在方向伸出，驱动电机207反转时，第一伸缩板208与第二伸缩板209同时向货架201的反方向压缩。

在进一步的实施例中，一级传动组件包括：两组驱动轴，并列安装于所述底板206上；其中一个驱动轴传动连接于所述驱动电机207；驱动齿轮，分别固定于所述两组驱动轴上；一级齿条，传动连接于两个驱动齿轮。其中一个驱动轴传动连接于驱动电机207的输出轴，当驱动电机207的输出轴转动时，则驱动轴上的驱动齿轮带动一级齿条在底板206的长度方向上转动。

对应的，所述二级传动组件210包括：两组转动轴，并列安装在第一伸缩板208的两端面；其中，远离货架201的转动轴连接于所述一级齿条的上表面，且两端安装有滚轮，所述滚轮与底板206面接触；二级齿轮，分别安装于所述两组转动轴上；二级齿条，传动连接于二级齿轮；连接轴，固定于所述二级齿轮的上表面；所述连接轴的两端面连接于第二伸缩板209远离货架201的端面。

在进一步的实施例中，所述装配工作站3至少包括：电机转子装配区和模具装配区。其中电机转子装配区通过输送带与电机夹爪312之间的配合完成电机转子的调度与装配；即通过电机夹爪312将位于调度小车5上的电机转轴转移至到电机转轴加工台上，所述安装架，沿其长度方向设置的带轮输送组件301，所述带轮输送组件301被设置为驱动托盘6沿其长度方向移动。还包括设置在带轮输送组件301内的顶出机构302，所述顶出机构302被设置为将托盘6顶起便于加工处理，待加工处理完成后顶出机构302复位，带轮输送组件301继续工作，将处理完成的托盘6转移至调度小车5内。

在进一步的实施例中，模具装配区通过装配夹爪309与搬运夹爪312之间的配合完成模具的调度与装配。具体表现为：包括装配台303，用于分别放置上模具304和下模具305。在本实施例中，如图6所示，表面设置有凸起的为上模具304，因此上模具304与下模具305分开叠放。还包括：物料台306，被设置为放置定位件。所述定位件则是用于实现上模具304与下模具305之间的定位连接。

在本实施例中，根据需求选择将上模具304扣合在下模具305上或者选择将下模具305扣合上模具304上，其工作原理相同。以选择将下模具305扣合上模具304上为例：在装配台303与物料台306之间设置有装配夹爪309，装配夹爪309被设置为夹取、转移、以及放置定位件，完成上、下模具305之间的装配。在装配台303的一侧设置有搬运夹爪312，所述搬运夹爪312被设置为将下模具305扣合在上模具304上。待上模具304与下模具305装配完毕后，并由搬运夹爪312将其转移至传动带的托盘6上，进行下一道工序检测。

在进一步的实施例中，为了便于快速完成上、下模具305之间的装配，故所述定位件包括：上衬套307、定位销308以及下衬套。其中，上衬套307与下衬套的结构相同，均为一端为敞口结构502的柱状壳体。使用时，先将上衬套307安插在上模具304的每个装配孔上，且安装时敞口结构502朝上，随后向上衬套307内安插定位销308，待定位销308安插结束后，将下模具305的装配孔对准定位销308，并扣合在上模具304上；随后将每个定位销308都套上下衬套，即下衬套的敞口结构502朝下。换言之，下衬套安插在下模具305的装配孔上。

基于上述描述，在本实施例中，存在至少三种工件的夹取：模具夹取、装配件的夹取以及电机转轴的夹取，故为了满足不同需求的夹取，本实施例还包括：夹爪更换台，包括：

台体313，其顶面自上而下凹陷预定深度生成至少一组收容部；每组收容部至少包括：电机夹爪312收容腔体、装配夹爪309收容腔体、以及搬运夹爪312收容腔体；当电机夹爪312、装配夹爪309、或搬运夹爪312处于待命状态时，则竖向放置在对应的收容腔体内。用于提供更换夹爪的操作空间。其中，因为定位件为柱状结构，且由两个衬套和定位销308组成，即衬套与定位销308的外径大小是不同的，故为了使装配夹爪309同时能夹取衬套和定位销308，故本实施例中所述装配夹爪309包括：第一夹爪气缸314，第一夹爪气缸314的驱动端对称设置有两组夹持板310，即第一夹爪气缸314用于驱动两组夹持板310做相向或者背向运动，形成一弹性的夹持空间，用于夹取不同外径的衬套和定位销308。且因衬套和定位销308为柱体，故为了防滑，在夹持板310的内壁末端处呈镜像设置有两组夹持块311，且两夹持块311之间留有预定的间隙，两夹持块311的对立面为倾斜面，便于夹持柱体。

同样的，为了适用于上模具304和下模具305、电机转轴夹取，在本实施例中，所述搬运夹爪312与电机夹爪312的结构相同，包括：第二夹爪气缸315，所述第二夹爪气缸315的驱动端处传动设置有两组夹持臂311，所述夹持臂311在第二夹爪气缸315的作用下做相向或者背向运动，用于实现对上、下模具305的夹紧与松开。

在进一步的实施例中，激光雕刻站至少包括：视觉检测区和激光打标区；

所述视觉检测区至少包括视觉检测工位401；具体包括：视觉检测工位401，和位于视觉检测工位401下方的平行气缸402，所述平行气缸402上传动连接有移动台，所述移动台被设置为放置托盘6，托盘6在平行气缸402的作用下按照预定方向进行移动，便于视觉检测工位401检测托盘6上工件的类型、以及对应的尺寸、形状进而判断是否符合加工标准，并根据个性化定义来判断装配品是否合格,并将检测数据与结果上传到数据中心。举例说明：模具是检测相似度是否在规定范围内，转子是检测转子的长度是否合格，笔筒是检测激光打标的图案是否符合笔筒本身的形状。

所述激光打标区至少包括：机架，固定安装于所述机架的激光打标机403以及活动安装于机架的激光打标滑台404；所述激光打标滑台404包括滑轨组件，传动设于所述滑轨组件上的平面加工单元和曲面加工单元。在进一步的实施例中，所述平面加工单元包括：顶板，连接于所述滑轨组件上；定夹块，固定于所述顶板；动夹块，设于所述定夹块的对立面；推板气缸，传动连接于所述动夹块；所述推板气缸被设置为驱动动夹块相对定夹块做相向或背向运动。定夹块与动夹块则是用于夹取固定工件，完成平面所需的激光打标。

所述曲面加工单元包括：步进电机，安装于所述滑轨组件上；工作轴，啮合连接于所述步进电机的输出轴；气动卡盘，连接于所述工作轴；所述气动卡盘上设置有气压调节器；所述气动卡盘具有夹持部，所述夹持部在工作轴的作用下做相向或者背向运动。通过夹持部之间的作用将具有曲面的工件进行夹取并固定，完成曲面所需的激光达标。

基于上述描述，使用调度小车5完成托盘6在体库站、数控加工站、装配工作站3、激光雕刻工作站4之间的调度，故所述调度小车5至少包括：车体501，在水平面上具有至少两个自由度（小车可在平面上做各种方向的移动）；所述车体501的顶部为敞口结构502；所述敞口结构502的顶部两侧安装有输送机构503，在本实施例中所述输送机构503为带轮传动机构，用于输送托盘6。敞口结构502的内部还设置有顶升机构，所述顶升机构为气缸顶升机构，并在顶升机构的顶部连接有水平向的升降板；所述升降板用于安装所述标签读取器；所述输送机构503被设置为将托盘6底部的标签定位在标签读取器的上方；所顶升机构被设置为驱动标签读取器与托盘6相靠近，读取托盘6上的标签。则用于提高读取标签的精度。

实施例2

基于实施例1公开的生产线，本实施例公开了一种生产方法，包括以下步骤：

将工件按照其自身的种类放置到对应的托盘上，并在托盘底部贴上标签：工件类型、当前坐标位置、以及加工路径（为对应工件种类的加工流程对应的站台）；其中工件种类为：电机转子、原型笔筒、方形笔筒以及模具。当前坐标位置可以理解为工件目前已完成的加工处理，则对应的加工路径为该工件在整个流程中需要经过的站台及处理工种，基于当前完成的加工处理，直接获取该工件的下个站台，则调度小车按照下个站台进行调度。对应的，调度小车内设置有标签读取器，调度小车基于标签读取器获取的实时信息实现对当前工件的有效调度。

调度小车对位于内部的托盘进行标签读取，并基于读取到的实时信息按照当前坐标位置和加工路径完成指令：当工件需要存储入库时，则使用调度小车将工件转移到立体库站，立体库站内的堆垛机构件托盘转运到货架内的放置腔体的正前方，并使用伸缩货叉将托盘转移到放置腔体内；当工件需要取出时，反之；在此过程中，伸缩货叉的工作原理如下：驱动电机转动，驱动一级传动组件上的一级齿条转动，由于二级传动组件中的远离货架的转动轴连接在一级齿条的上表面，因此该转动轴在水平面上发生位移，并驱动与之连接的第一伸缩板做同方向的位移，并且在移动的过程中，滚轮在底板上转动因此带动与之同轴连接的二级齿轮转动，转动的二级齿轮驱动二级齿条沿第一伸缩板的长度方向转动，因此二级齿轮的上表面的连接轴及第二伸缩板做同方向的位移。反之，完成同步收缩。

为了增加伸缩货叉在延伸或压缩时的稳定性，故相邻的第一伸缩板和第二伸缩板之间，以及相邻的第二伸缩板之间均设置在延伸方向上设置有导向件。在进一步的实施例中，导向件为导轨与滑块之间的凹凸配合结构。

当工件需要数控加工时，则使用调度小车将工件转移到数控加工站内，完成加工处理；在本实施例中，数控车床加工站该站由数控系统作为人机对话窗口，实现对有色金属铜、铝、不锈钢、铁及塑料和木头等不同材质工件的加工。结合MES、RFID、工业机器人等技术，在无人干预状态下实现托盘内工件物料的定位、自动上下料、自动加工等功能。采用现有的智能机械装置便可实现，故在此不做赘述。

当工件需要装配工作时，则使用调度小车将工件转移到装配工作站内，通过输送带与电机夹爪之间的配合完成电机转子的调度与装配；或者通过装配夹爪与搬运夹爪之间的配合完成模具的调度与装配。

当工件需要激光雕刻，则使用调度小车将工件转移到激光雕刻站内，完成响应的激光雕刻和检测。

在上述任意过程中，均借助于夹爪更换台实现所需夹爪的更换；且工件每完成一次工作处理，其对应的标签实时信息中的当前坐标位置对应更新一次。

举例说明：假设当前的工件为模具，则放置在对应的模具托盘上，则模具托盘底部的标签上的实施信息为：模具、立体库站、立体库站-装配工作站-激光雕刻工作站，即当前的工件正被存储在立体库站内，且下一个工序为装配。故调度小车上的标签读取器读取到实时信息时，则开始对所述托盘从立体库站调度到装配工作站；待对应工件在于装配工作站完成装配后，更新实时信息为：模具、装配工作站、立体库站-装配工作站-激光雕刻工作站。此时调度小车上的标签读取器再次读取到实时信息时，则开始对所述托盘从装配工作站调度到激光雕刻工作站；待对应工件在于激光雕刻工作站完成装配后，更新实时信息为：模具、激光雕刻工作站、立体库站-装配工作站-激光雕刻工作站。此时调度小车上的标签读取器再次读取到实时信息时，则开始对所述托盘从激光雕刻工作站调度到立体库站进行存储。

Claims (10)

1.一种教学设备用的柔性混单生产线，其特征在于，至少包括：总控台，电连接于总控台的立体库站、数控加工站、装配工作站、激光雕刻工作站、以及穿梭在各站之间的调度小车；

托盘，分别适配于数控加工站、装配工作站、雕刻工作站且同时适用于立体库站、调度小车；所述托盘用于放置不同类型的工件；所述托盘的底部设置有标签，所述标签上存储有关于工件的实时信息，所述实时信息至少包括：工件种类、当前坐标位置、以及加工路径；

标签读取器，对应设于调度小车内；调度小车基于标签读取器获取的实时信息实现对当前工件的有效调度。

2.根据权利要求1所述的一种教学设备用的柔性混单生产线，其特征在于，所述立体库站至少包括：

货架，设置有若干个放置腔体；所述放置腔体的底部为镂空结构；

堆垛机构，设于所述货架的正面；所述堆垛机构包括：沿货架长度方向设置的X轴移动组件，传动连接于所述X轴移动组件的Z轴移动组件；

伸缩货叉，传动连接于所述Z轴组件；所述伸缩货叉在Y轴向上具有一个自由度，用于将放置在伸缩货叉上的托盘转移至货架内对应放置腔体内；

光电传感器，对应安装于所述放置腔体的底部。

3.根据权利要求2所述的一种教学设备用的柔性混单生产线，其特征在于，所述伸缩货叉包括：

安装板，传动连接于所述Z轴移动组件；

底板，垂直固定于所述安装板；所述底板的底部安装有驱动电机，所述底板的上表面从下至上依次设置有第一伸缩板和第二伸缩板；

一级传动组件，设于所述底板上并传动连接于驱动电机；

二级传动组件，设于所述第一伸缩板上，并同时传动连接于一级传动组件和第二伸缩板；驱动电机正转时，第一伸缩板与第二伸缩板同时向货架所在方向伸出，驱动电机反转时，第一伸缩板与第二伸缩板同时向货架的反方向压缩。

4.根据权利要求1所述的一种教学设备用的柔性混单生产线，其特征在于，所述装配工作站至少包括：电机转子装配区和模具装配区，

所述电机转子装配通过输送带与电机夹爪之间的配合完成电机转子的调度与装配；

所述模具装配区通过装配夹爪与搬运夹爪之间的配合完成模具的调度与装配。

5.根据权利要求4所述的一种教学设备用的柔性混单生产线，其特征在于，还包括夹爪更换台，包括：

台体，其顶面自上而下凹陷预定深度生成至少一组收容部；每组收容部至少包括：电机夹爪收容腔体、装配夹爪收容腔体、以及搬运夹爪收容腔体；

当电机夹爪、装配夹爪、或搬运夹爪处于待命状态时，则竖向放置在对应的收容腔体内。

6.根据权利要求1所述的一种教学设备用的柔性混单生产线，其特征在于，所述托盘至少包括：电机转子托盘、圆形笔筒托盘、方形笔筒托盘、模具托盘；所述电机转子托盘、圆形笔筒托盘、方形笔筒托盘、模具托盘的两侧面在不同位置处设置有防呆部。

7.根据权利要求1所述的一种教学设备用的柔性混单生产线，其特征在于，所述调度小车包括：

车体，在水平面上具有至少两个自由度；所述车体的顶部为敞口结构；

输送机构，设于所述敞口结构的顶部两侧；

顶升机构，安装于所述敞口结构内；

升降板，传动连接于所述顶升机构的输出端；所述升降板用于安装所述标签读取器；所述输送机构被设置为将托盘底部的标签定位在标签读取器的上方；所顶升机构被设置为驱动标签读取器与托盘相靠近，读取托盘上的标签。

8.根据权利要求1所述的一种教学设备用的柔性混单生产线，其特征在于，所述激光雕刻站至少包括：视觉检测区和激光打标区；

所述视觉检测区至少包括视觉检测工位；

所述激光打标区至少包括：机架，固定安装于所述机架的激光打标机以及活动安装于机架的激光打标滑台；所述激光打标滑台包括滑轨组件，传动设于所述滑轨组件上的平面加工单元和曲面加工单元。

9.根据权利要求8所述的一种教学设备用的柔性混单生产线，其特征在于，所述平面加工单元包括：顶板，连接于所述滑轨组件上；

定夹块，固定于所述顶板；

动夹块，设于所述定夹块的对立面；

推板气缸，传动连接于所述动夹块；所述推板气缸被设置为驱动动夹块相对定夹块做相向或背向运动；

所述曲面加工单元包括：步进电机，安装于所述滑轨组件上；

工作轴，啮合连接于所述步进电机的输出轴；

气动卡盘，连接于所述工作轴；所述气动卡盘上设置有气压调节器；所述气动卡盘具有夹持部，所述夹持部在工作轴的作用下做相向或者背向运动。

10.使用如权利要求1至9中任意一项所述的教学设备用的柔性混单生产线的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

将工件按照其自身的种类放置到对应的托盘上，并在托盘底部贴上标签：工件类型、当前坐标位置、以及加工路径；

对托盘按照当前坐标位置和加工路径完成指令：当工件需要存储入库时，则使用调度小车将工件转移到立体库站，立体库站内的堆垛机构件托盘转运到货架内的放置腔体的正前方，并使用伸缩货叉将托盘转移到放置腔体内；当工件需要取出时，反之；

当工件需要数控加工时，则使用调度小车将工件转移到数控加工站内，完成加工处理；

当工件需要装配工作时，则使用调度小车将工件转移到装配工作站内，通过输送带与电机夹爪之间的配合完成电机转子的调度与装配；或者通过装配夹爪与搬运夹爪之间的配合完成模具的调度与装配；

当工件需要激光雕刻，则使用调度小车将工件转移到激光雕刻站内，完成响应的激光雕刻和检测；

在上述任意过程中，均借助于夹爪更换台实现所需夹爪的更换；且工件每完成一次工作处理，其对应的标签实时信息中的当前坐标位置对应更新一次。

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