CN219179805U - 一种全自动智能制造及装配生产实训系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种全自动智能制造及装配生产实训系统，包括总控信息管理单元，用于对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行监控与管理；智能仓储单元用于自动化出入库；智能加工单元用于加工圆柱形工件和方形工件；打标检测与装配单元用于打标、检测、装配和包装作业；自动化输送系统单元用于在所述智能仓储单元、智能加工单元和所述打标检测与装配单元之间转运工件。该实训系统将机械臂、智能技术与现代化工业生产进行了整体融合，既贴近于工业化生产、又立足于培训教学，充分体现制造现代化、管控一体、两化融合的现代企业生产模式和管理理念，集教学、设计、实践、产业、开发、科研功能于一体。

Description

一种全自动智能制造及装配生产实训系统

技术领域

本实用新型涉及一种智能制造，尤其是一种全自动智能制造及装配生产实训系统。

背景技术

自动化生产线是智能制造技术的重要体现，在制造业中广泛使用。自动化生产线能实现自动化、高效率、高产量、连续性的生产工作，大量采用自动化设备，将关键工序智能化、关键岗位机器人替代、生产过程智能优化控制，极大程度减少人工劳动，在现代化工业生产中发挥着重要作用。

为了配合智能制造的发展，需要培养大量的人才。但是现有的教学中，教学设备与实际使用的差距较大，不能够贴近生产，导致学生应用能力较弱。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种更贴近现实生产实际过程，让学生在学校就能够了解实际生产实践的细节，填补了产学同步的空白的一种全自动智能制造及装配生产实训系统，具体技术方案为：

一种全自动智能制造及装配生产实训系统，包括：总控信息管理单元，用于对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行监控与管理；智能仓储单元，用于自动化出入库；智能加工单元，用于加工圆柱形工件和方形工件；打标检测与装配单元，用于打标、检测、装配和包装作业；及自动化输送系统单元，用于在所述智能仓储单元、智能加工单元和所述打标检测与装配单元之间转运工件。

优选的，所述智能仓储单元包括：自动化立体仓库，用于存放工件；巷道式堆垛机，所述巷道式堆垛机位于所述自动化立体仓库的内部，用于上下料；出入库平移台，所述巷道式堆垛机安装在所述出入库平移台上，用于带动所述巷道式堆垛机出入所述自动化立体仓库；RFID电子标签系统，所述RFID电子标签系统用于对每个工件进行标识；及托盘，所述托盘与所述巷道式堆垛机相匹配，用于放置及转运工件。

优选的，所述智能加工单元包括：数控机床，所述数控机床不少于两个；加工转接输送机，所述加工转接输送机与所述数控机床一一对应，且位于所述自动化输送系统单元的一侧；加工机器人行走装置，所述加工机器人行走装置位于所述数控机床的一侧；加工机械臂，所述加工机械臂安装在所述加工机器人行走装置上，用于工件及加工刀具的装取；及工具台，所述工具台位于所述加工机器人行走装置的一端，用于存放加工刀具。

进一步的，还包括：比赛仓库，所述比赛仓库位于所述加工机器人行走装置的一侧，用于放置比赛用的工件。

优选的，打标检测与装配单元包括：打标转接输送机，所述打标转接输送机位于所述自动化输送系统单元的一侧；打标机器人行走装置，所述打标机器人行走装置位于所述打标转接输送机的一端；打标机械臂，所述打标机械臂安装在所述打标机器人行走装置上；激光打标机，所述激光打标机位于所述打标机器人行走装置的一侧，用于在工件上进行标签打印；标签视觉检测系统，所述标签视觉检测系统用于检测标签是否合格；装配台，所述标签视觉检测系统位于所述装配台的上方，所述装配台用于装配工件；装配夹爪台，所述装配夹爪台位于所述打标机器人行走装置的一侧，用于放置装配工具；井式推盖装置，所述井式推盖装置位于所述打标转接输送机的一侧，用于送出包装盖；包装盒仓库，所述包装盒仓库位于所述打标机器人行走装置的一端，用于存储包装箱；包装机械臂，所述包装机械臂用于将包装箱从所述包装盒仓库取出并放置到所述打标转接输送机上以及将包装盖安装在所述包装箱的顶部。

优选的，自动化输送系统单元包括：双层倍速链输送机；升降输送机，所述升降输送机位于所述双层倍速链输送机的两端；顶升换向机构，所述顶升换向机构安装在所述双层倍速链输送机上，且与所述智能加工单元和所述打标检测与装配单元相对设置。

与现有技术相比本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供的一种全自动智能制造及装配生产实训系统将机械臂、智能技术与现代化工业生产进行了整体融合，既贴近于工业化生产、又立足于培训教学，充分体现制造现代化、管控一体、两化融合的现代企业生产模式和管理理念，集教学、设计、实践、产业、开发、科研功能于一体，是智能制造专业群建设与复合型技术人才培养的综合性一体化实践平台。

附图说明

图1是一种全自动智能制造及装配生产实训系统的布局示意图；

图2是智能仓储单元的结构示意图；

图3是智能加工单元的结构示意图；

图4是图加工机械臂端部的局部放大图；

图5是比赛仓库的结构示意图；

图6是打标检测与装配单元的结构示意图；

图7是标签视觉检测系统安装在装配台上的结构示意图；

图8是螺杆轴承座的结构示意图；

图9是转接件的结构示意图；

图10是方向轴承座的结构示意图。

具体实施方式

现结合附图对本实用新型作进一步说明。

依据人工智能与智能制造等专业建设准则，调研高等及职业院校实训基地、技能实训平台和教学资源需求状况，综合各院校实训教师能力提高计划及课程教学特点，结合机械臂和智能制造装备工业现场实际应用情境，采用智慧化信息化管理为指导理念，以高职高校产教融合人才培养机制创新为目标，构建出生产性、综合性、开放性的一种全自动智能制造及装配生产实训系统。

系统生产对象为1套奖杯工艺品套件包含奖杯主体与底座及三种工业零部件，同时智能加工单元2配套大赛标准工件，可进行大赛项目实训。

系统加工装备共包含3台数控机床及1台激光打标机44。数控机床分别为数控车床21、数控加工中心一22、数控加工中心二23。各工件主要加工步骤如下：

奖杯工艺品套件：数控车床21加工主体，数控加工中心一22加工主体、数控加工中心二23加工底座，激光打标机44进行主体及底座打标；

如图8至图10所示，三种工业零部件：数控车床21加工螺杆轴承座36；数控加工中心加工方形轴承座38和转接件37，激光打标机44打标；

大赛标准工件：数控加工中心一22加工工件。

实施例一

如图1至图7所示，一种全自动智能制造及装配生产实训系统，包括总控信息管理单元、智能仓储单元1、智能加工单元2、打标检测与装配单元4和自动化输送系统单元6。

总控信息管理单元用于对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行监控与管理；智能仓储单元1用于自动化出入库；智能加工单元2用于加工圆柱形工件和方形工件；打标检测与装配单元4用于打标、检测、装配和包装作业；自动化输送系统单元6用于在智能仓储单元1、智能加工单元2和打标检测与装配单元4之间转运工件。

总控信息管理单元作为整个系统的数字化信息化管理中心，以MES生产管理系统为核心，通过以太网进行协同工作和高效数据交换，实现全系统的互联互通。整个生产过程通过计算机、信息显示液晶电视等实现可视化系统实时监控，RFID电子标签系统、各传感器进行物料识别、记录，在线测量装置、视觉检测系统等进行质量管控与信息采集，MES生产管理系统及工业以太网实现数据交互，由系统总控协调各分站单元按流程作业，完成设备从自动化到智能化的转变升级。

智能仓储单元1包括自动化立体仓库11、巷道式堆垛机12、出入库平移台13、RFID电子标签系统和托盘。自动化立体仓库11用于存放工件；巷道式堆垛机12位于自动化立体仓库11的内部，用于上下料；巷道式堆垛机12安装在出入库平移台13上，用于带动巷道式堆垛机12出入自动化立体仓库11；RFID电子标签系统用于对每个工件进行标识；托盘与巷道式堆垛机12相匹配，用于放置及转运工件。

智能仓储单元1还包括仓储人机界面与编程，可以独立进行操控，实训智能仓储的实训。

通过巷道式堆垛机12自动化出入库搬运作业，使得托盘与工件出库输送加工。出入库托盘可通过RFID信息等进行仓储盘点等物流管理作业。仓库与仓格内产品数量、质量、标签等信息总控实时更新与记录。可供随时调用查询，并可追溯至原料及加工各阶段。单元独立电气控制，既可联机运行，亦可脱离系统通过人机界面进行操作和实验。

智能加工单元2包括数控机床、加工转接输送机28、加工机器人行走装置24、加工机械臂25、工具台27和比赛仓库3。数控机床包括数控车床21、数控加工中心一22、数控加工中心二23；加工转接输送机28与数控机床一一对应，且位于自动化输送系统单元6的一侧；加工机器人行走装置24位于数控机床的一侧；加工机械臂25安装在加工机器人行走装置24上，用于工件及加工刀具的装取；，工具台27位于加工机器人行走装置24的一端，用于存放加工刀具。比赛仓库3位于加工机器人行走装置24的一侧，用于放置比赛用的工件。加工机器人行走装置24用于带动加工机械臂25在三个数控机床、加工转接输送机28、工具台27和比赛仓库3之间移动。

比赛仓库3设有若干层隔板31，隔板上31若干装有RFID标签32，RFID标签32与仓位一一对应。仓位用于放置转接件37、方形轴承座38和螺杆轴承座36。加工机械臂25上装有RFID识别器26。

智能加工单元2还包括加工控制系统，加工控制系统包括智能制造MES生产管理软件、智能制造仿真软件、自动化数控编程软件、电子看板和监控与信息显示终端。可以实现独立控制，既能用于参数，也能进行独立的加工实训。

打标检测与装配单元4包括打标转接输送机41、打标机器人行走装置42、打标机械臂43、激光打标机44、标签视觉检测系统46、装配台45、装配夹爪台48、井式推盖装置51、包装盒仓库52和包装机械臂53。打标转接输送机41位于自动化输送系统单元6的一侧；标机器人行走装置42位于打标转接输送机41的一端；打标机械臂43安装在打标机器人行走装置42上；激光打标机44位于打标机器人行走装置42的一侧，用于在工件上进行标签打印；标签视觉检测系统46用于检测标签是否合格，还用于装配工件；标签视觉检测系统46位于装配台45的上方，装配台45用于装配工件；装配夹爪台48位于打标机器人行走装置42的一侧，用于放置装配工具；井式推盖装置51位于打标转接输送机41的一侧，用于送出包装盖71；包装盒仓库52位于打标机器人行走装置42的一端，用于存储包装箱72；包装机械臂53用于将包装箱72从包装盒仓库52取出并放置到打标转接输送机41上以及将包装盖71安装在包装箱72的顶部。

打标检测与装配单元4由2套机械臂及配套设备完成工艺品套件的打标、检测、装配、包装作业。单元独立电气控制，既可联机运行，亦可脱离系统通过人机界面进行操作和实验。

自动化输送系统单元6包括双层倍速链输送机61、升降输送机63和顶升换向机构62。升降输送机63位于双层倍速链输送机61的两端；顶升换向机构62安装在双层倍速链输送机61上，且与智能加工单元2和打标检测与装配单元4相对设置。

自动化输送系统单元6由双层倍速链输送机61和升降输送机63组成上下层循环的自动化输送系统。仓库托盘出库后，经双层倍速链输送机61上层依次到达各加工工位，最终将成品工件通过升降输送机63下降至下层倍速链返回仓库。单元独立电气控制，既可联机运行，亦可脱离系统通过人机界面进行操作和实验。

如图1至图7所示，一种全自动智能制造及装配生产实训系统的实训，包括加工及装配实训，加工及装配实训，使用总控信息管理单元、智能仓储单元1、打标检测与装配单元4、打标检测与装配单元4和自动化输送系统单元6进行实训。

工艺品底座加工步骤：

系统初始，工艺品主体毛坯、底座毛坯放置于自动化立体仓库11托盘内。MES下达生产任务，系统启动；

托盘与工件由巷道式堆垛机12搬运出库，经出入库平移台13至RFID读写器处，RFID读写器识别托盘上RFID电子标签进行信息记录；

托盘与工件经升降输送机63沿双层倍速链输送机61上层继续运行，到达智能加工单元2，经顶升换向机构62运行至加工转接输送机28；

托盘与工件至加工转接输送机28末端定位停止。加工机械臂25拾取工艺品主体至数控车床21内进行主体外形车削加工；加工机械臂25随后更换末端工具，拾取工艺品底座工件至数控加工中心二23内进行外形与内部凹槽加工；

工艺品底座于数控加工中心二23内加工完毕，由加工机械臂25拾取放回托盘；工艺品主体于数控车床21内加工完毕，由加工机械臂25拾取至数控加工中心一22继续进行外形加工，随后由加工机械臂25放回托盘；

工件与托盘通过加工机械臂25放置到加工转接输送机28上，然后返回双层倍速链输送机61继续运行至打标检测与装配单元4，运行到打标转接输送机41处停止，经顶升换向机构62运行至打标转接输送机41；

打标机械臂43通过更换快换工具，依次拾取工艺品主体与底座至激光打标机44进行LOGO、文字打标；

打标机器人行走装置42沿行走轴动作，将打标后的工件送至装配台45，由标签视觉检测系统46进行标签质量检测，随后将底座、主体装配一体；

与此同时，包装机械臂53从包装盒仓库52内拾取包装箱72，并将包装箱72放至打标转接输送机41上的空托盘内；

打标机械臂43将装配完成的工艺品放入托盘上的包装箱72内，包装机械臂53从井式推盖装置51拾取包装盖71，并将保证包装盖71安装到包装箱72的顶部，完成包装；

包装完成的工艺品成品随托盘返回双层倍速链输送机61，经末端升降输送机63至下层倍速链，返回智能仓储单元1，RFID读取后由巷道式堆垛机12搬运入库；或由包装机械臂53将包装后的成品放至成品暂存库54暂存，便于随时取放，供参观者欣赏或赠送。

工业零部件加工步骤：

3种工业零部件如上所示，初始放置于自动化立体仓库11的托盘内。系统运行后，工件与托盘出库至智能加工单元2。转接件37由数控车床21加工；方形轴承座38、转接件37由数控加工中心一22或数控加工中心二23加工。加工完毕，根据需要可至打标检测与装配单元4进行激光打标流程，然后经双层倍速链输送机61返回自动化立体仓库11。

工业零部件包含多个加工面，可由用户根据实训需求自主决定，增加实训多样性；或在机床夹具与机器人末端工具夹持范围内，进行外形创新设计，进一步锻炼学生的数字化设计能力及机器人、数控机床的应用能力。

实施例三

如图3至图5所示，一种全自动智能制造及装配生产实训系统的实训，包括比赛实训，比赛实训使用智能加工单元2进行实训。

智能加工单元2进行大赛项目实训时采用大赛标准工件。大赛标准工件包含柱形和方形共计四种工件，四种工件成套设计，加工完成后可装配一体非系统流程，用户可扩展人工装配工序。工件采用钢或硬铝材质，初始工件由人工放置于单元比赛仓库3内方形工件固定在零点定位托盘上放置于单元比赛仓库3内。

大赛工艺流程：

检查各设备电缆连接是否正常，检查各模块是否处于联机状态，检查急停按钮、气动回路等是否正常。

系统初始，检查各处无异物，人工将大赛工件分别摆放于比赛仓库3内。

系统管理软件启动，智能制造MES系统软件下达生产任务。

1仓位RFID盘点写入：

人工在料仓管理界面指定仓位工件类型并点击确定，智能制造MES系统软件发送仓库料位工艺信息至PLC，PLC控制加工机械臂25执行比赛仓库3所有仓位的RFID盘点写入，所有仓位的RFID盘点写入完成。系统总控发出生产计划，系统开始运行。

2加工机械臂25上下料和数控车床21加工：

系统开始运行，加工机器人行走装置24带动加工机械臂25移动，联接末端快换工具，拾取比赛仓库3内工件，与此同时，数控车床21挡门自动开启，加工机械臂25将毛坯工件送至自动夹盘内，夹盘自动夹紧工件，加工机械臂25退出。数控车床21挡门关闭，数控车床21根据工艺流程开始加工，车外圆及端面。加工完毕，数控车床21挡门开启，加工机械臂25人拾取半成品工件送回比赛仓库3相应的仓位。MES获取工件信息，同时RFID写入工件状态，为后续作业做准备。

3加工机械臂25上下料和数控加工中心加工：

半成品工件被加工机械臂25送回比赛仓库3相应的仓位。加工机器人行走装置24带动加工机械臂25移动，通过更换末端工具拾取比赛仓库3内工件，与此同时，数控加工中心挡门自动开启，加工机械臂25将工件送至数控加工中心气动夹具内，气动夹具自动夹紧工件，加工机械臂25退出方形工件放置于比赛仓库3零点定位托盘中，由加工机械臂25联接托盘末端工具，拾取零点定位托盘送至数控加工中心零点定位夹具内自动夹紧。数控加工中心挡门关闭，数控加工中心根据工艺流程开始加工，对工件进行内槽或销孔等加工。加工完毕，数控加工中心自动化换上在线测量装置在线测量装置刀具库内放置，PLC控制执行在线检测检测宏程序预先设定在机床内，MES根据在线检测结果确定工件是否需要返修。在线检测完成后，判定需要返修，MES下达指令，数控加工中心再次进行返修加工，返修工件加工完毕后再次进行在线检测，不断重复加工检测工序，直至检测合格。判定不需要返修，数控加工中心挡门开启，气动夹具自动松开，加工机械臂25拾取成品工件送回比赛仓库3相应的仓位存储。MES获取工件信息，同时RFID写入工件状态。

至此，工件数控加工完成，系统不断重复各工序过程，循环不断生产，直至比赛仓库3内工件加工完毕。

系统配置电子看板，实时显示生产线运行状态和生产情况等信息。

系统配置智能制造仿真软件，可进行系统整体运行仿真作业。

比赛仓库3仓储模块由比赛仓库3与大赛工件、RFID电子标签系统、零点定位托盘等组成。RFID电子标签安装于比赛仓库3的仓位及零点定位托盘上，RFID读写器安装于机器人末端，加工机械臂25末端工具拾取工件出入库时进行读写器检测，模块通过工业总线等与主控进行数据传输。

该模块负责大赛工件存储毛坯、半成品、成品、次品，是制造、物流部分的核心。模块通过上下料加工机械臂25自动化出入库搬运作业，使得工件出库进行数控机床切削加工按照设定的流程和工艺，分别送入数控车床21和数控加工中心一22内进行加工及加工后进行入库存储。

以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种全自动智能制造及装配生产实训系统，其特征在于，包括：

总控信息管理单元，用于对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行监控与管理；

智能仓储单元(1)，用于自动化出入库；

智能加工单元(2)，用于加工圆柱形工件和方形工件；

打标检测与装配单元(4)，用于打标、检测、装配和包装作业；及

自动化输送系统单元(6)，用于在所述智能仓储单元(1)、智能加工单元(2)和所述打标检测与装配单元(4)之间转运工件。

2.根据权利要求1所述的一种全自动智能制造及装配生产实训系统，其特征在于，所述智能仓储单元(1)包括：

自动化立体仓库(11)，用于存放工件；

巷道式堆垛机(12)，所述巷道式堆垛机(12)位于所述自动化立体仓库(11)的内部，用于上下料；

出入库平移台(13)，所述巷道式堆垛机(12)安装在所述出入库平移台(13)上，用于带动所述巷道式堆垛机(12)出入所述自动化立体仓库(11)；

RFID电子标签系统，所述RFID电子标签系统用于对每个工件进行标识；及

托盘，所述托盘与所述巷道式堆垛机(12)相匹配，用于放置及转运工件。

3.根据权利要求1所述的一种全自动智能制造及装配生产实训系统，其特征在于，所述智能加工单元(2)包括：

数控机床，所述数控机床不少于两个；

加工转接输送机(28)，所述加工转接输送机(28)与所述数控机床一一对应，且位于所述自动化输送系统单元(6)的一侧；

加工机器人行走装置(24)，所述加工机器人行走装置(24)位于所述数控机床的一侧；

加工机械臂(25)，所述加工机械臂(25)安装在所述加工机器人行走装置(24)上，用于工件及加工刀具的装取；及

工具台(27)，所述工具台(27)位于所述加工机器人行走装置(24)的一端，用于存放加工刀具。

4.根据权利要求3所述的一种全自动智能制造及装配生产实训系统，其特征在于，还包括：比赛仓库(3)，所述比赛仓库(3)位于所述加工机器人行走装置(24)的一侧，用于放置比赛用的工件。

5.根据权利要求1所述的一种全自动智能制造及装配生产实训系统，其特征在于，打标检测与装配单元(4)包括：

打标转接输送机(41)，所述打标转接输送机(41)位于所述自动化输送系统单元(6)的一侧；

打标机器人行走装置(42)，所述打标机器人行走装置(42)位于所述打标转接输送机(41)的一端；

打标机械臂(43)，所述打标机械臂(43)安装在所述打标机器人行走装置(42)上；

激光打标机(44)，所述激光打标机(44)位于所述打标机器人行走装置(42)的一侧，用于在工件上进行标签打印；

标签视觉检测系统(46)，所述标签视觉检测系统(46)用于检测标签是否合格；

装配台(45)，所述标签视觉检测系统(46)位于所述装配台(45)的上方，所述装配台(45)用于装配工件；

装配夹爪台(48)，所述装配夹爪台(48)位于所述打标机器人行走装置(42)的一侧，用于放置装配工具；

井式推盖装置(51)，所述井式推盖装置(51)位于所述打标转接输送机(41)的一侧，用于送出包装盖(71)；

包装盒仓库(52)，所述包装盒仓库(52)位于所述打标机器人行走装置(42)的一端，用于存储包装箱(72)；

包装机械臂(53)，所述包装机械臂(53)用于将包装箱(72)从所述包装盒仓库(52)取出并放置到所述打标转接输送机(41)上以及将包装盖(71)安装在所述包装箱(72)的顶部。

6.根据权利要求1所述的一种全自动智能制造及装配生产实训系统，其特征在于，自动化输送系统单元(6)包括：

双层倍速链输送机(61)；

升降输送机(63)，所述升降输送机(63)位于所述双层倍速链输送机(61)的两端；

顶升换向机构(62)，所述顶升换向机构(62)安装在所述双层倍速链输送机(61)上，且与所述智能加工单元(2)和所述打标检测与装配单元(4)相对设置。

Images