柔性制造系统实验指导书

1、机械制造自动化技术验指导书李菊丽 伍文进 赵恩兰 编徐州工程学院机电学院机械制造及其自动化教研室2012.9实验一小型柔性制造系统一、实验目的1 .熟悉柔性制造系统的功能特点、基本组成、控制原理和工作过程;2 .掌握自动导向小车的特点及工作原理。二、实验设备小型柔性制造系统实验装置（组成单元如图 1所示，含加工检测系统、物流系统、控 制系统等）。料. 单口 测 !? 荒加元哈机 械 手 单 元粉 助 装 配 单 元组 态 监 控 * 统生产管理系统像 处 理 单 元图1小型柔性制造系统的组成三、实验原理及内容该实验装置是集先进制造系统的物料供给、加工检测、物流系统、无线通讯、生产监 控与管理等

2、为一体的柔性制造系统，可实现从原料供给、加工运输，到组合装配，最后分 类存储的自动化加工过程。实验装置如图2所示，都是模块化设计，带有很强的扩展功能, 各个模块都能独立运行，能够进行不同自动控制相关检测、控制策略及算法研究，还可组 成多种完整的自动生产流水线，满足自主设计和开发功能。当接收到上层控制系统的加工 信号后，由立体仓库向系统输出所需的工件，放入 agv小车或传送带物流平台，工件到达各个加工、检测或组装工位进行相应的加工或处理，最后通过分类工作单元输出工件或 将完成加工的工件返回存储立体仓库模块中去。当立体仓库模块无法提供系统所需的工件 后，由供料单元与检测单元完成向系统继续供料的任务

3、。图2机器人柔性制造系统实验装置该实验装置具有较好的柔性，即每站各有一套plc控制系统独立控制，便于学习复杂 的控制、编程、装配和调试技术。该实验装置将各单元模块组合在一起，围绕在物流平台 周围固定牢固，形成柔性生产教学系统。（一）供料单元结构与功能供料单元起着向fms系统供应原料的作用。它的具体功能是：按照订单需求由双作 用气缸从料仓中逐一推出待加工工件（原料），转运模块上的真空吸盘将工件吸起，在旋 转缸的驱动下将工件传送到下个工作单元。1 . i/o接线端口它是该工作单元与plc之间进行通讯的线路联接端口 , 该工作单元中的所有电信号（直流电源、输入、输出）线路都 接到该端口上，再通过信号

4、电缆线连接到 plc上。2 .进料模块该模块用于储存工件原料并在需要时将料仓中的工件分 离出来，为转送模块取走一个工件作好准备。该模块主要由料仓、双作用气缸、推料块、工件检测传感器等组成。进料模块工作时，工件垂直叠放在料仓中，推料杆位于料仓的底层并可从料仓的底部 通过，推料杆与最下层的工件处于同一水平位置。当气缸驱动推料杆前进时，推料杆便把 最下层的工件水平推到预定位置，从而把工件移出料仓；而当推料杆返回时，料仓中的工 件在重力的作用下，就自动下落，向下移动一个工件，为下次工作作好了准备。在推料缸的两个极限位置分别装有一个磁感应式接近开关，分别用于识别推料缸运动的两个极限位置。在该模块料仓的底

5、层位置，安装有对射式光 电传感器的探头，用于检测料仓中存储料的情况 （有无料）。该对射式光电传感器由光纤（探头） 和光电传感器主体组成。对射式光电接近开关是指光发射器与光接收 器处于相对的位置工作的光电接近开关。其工作 原理是：当物体通过传感器的光路时，光路被遮断，光接收器接收不到发射器发出的光， 则接近开关的“触点”不动作；当光路上无物体遮断光线时，则光接收器可以接收到发射 器传送的光，因而接近开关的“触点”动作，输出信号将被改变。3 .转运模块它的功能是吸取工件，并将工件传送到下一个工作 单元。转运模块主要由旋转气缸、摆臂、真空吸盘、真 空压力检测传感器、真空吸盘方向保持装置等组成。旋转气

6、缸是摆臂的驱动装置，其转轴的最大转角为180 ,转角可以根据需要进行调整。在转动气缸的两个极限位置上各装有一个磁感应式的接近开关，利用接 近开关的信号状态来标识两个极限位置。真空吸盘用于抓取工件。吸盘内腔的负压（真空）是靠真空发生器产生的。真空检测 传感器是具有开关量输出的真空压力检测装置。当进气口的气压小于一定的负压值时，传 感器动作，输出开关量1,同时led点亮，否则，输出信号0, led熄灭。真空吸盘方向保持装置的作用是：使真空吸盘在摆臂转动的过程中始终保持垂直向下 的姿态，以使被运送的工件在运送过程中不致翻转。它的工作原理是：旋转气缸固定在支架上，输出轴从固定齿轮的轴孔中穿过，并可自由

7、转动，摆臂则固定在旋转气缸的转轴上； 摆臂的另一端安装有一个可以自由转动带有齿轮的吸嘴，吸嘴的齿轮与旋转气缸输出轴外 围的固定齿轮通过一个同步带相连。当旋转气缸驱动摆臂转动时，摆臂与固定齿轮之间形 成相对运动，导致同步带的运动，通过同步带带动了吸嘴的转动；固定齿轮与活动齿轮的 传动比为1:1,这样摆臂转动的角度等于吸嘴转动的角度，因此，保证了吸嘴在摆臂转动 的过程中始终保持方向不变。4 .控制任务当设备接通电源与气源、plc运行后，首先执行复位动作，推料缸缩回到位，旋转摆 臂摆回到位。然后进入工作运行模式，按启动按钮时，供料单元的执行机构将把存放在料 仓中的工件取出并转送出去，然后各执行机构回

8、到初始位置。即每执行一个新的工作循环 都需按一次启动按钮。要求在启动前，供料单元的执行机构必须是处于初始位置，且料仓 中有工件，否则不允许启动。（二）检测单元结构与功能检测单元的主要任务有两个，即：识别工件材料和检测工件的尺寸。在fms系统中,它是将供料单元提供的工件进行材料识别及尺寸的检测，并根据要求将满足条件的工件通 过滑槽送到下一个工作单元，对于不符合要求的工件在本单元中剔除。该单元模拟了实际 生产中对原材料的检测情况。检测单元主要组成为：i/o接线端口；识别模块；升降模块；测量模块；滑槽模块等。1 .识别模块识别模块主要由3个传感器组成，即：电感传感器、反射式 光电传感器和漫射式光电传

9、感器；用于识别工件的材质及颜色。 可以识别金属与非金属的材质，可以将金属、白、黑三种工件区 分开。识别模块中的电感传感器、反射式光电传感器及漫射式光 电传感器都属于接近开关类传感器，它们分别在以下情况下动作： 电感传感器在有金属物质接近它时动作； 反射式光电传感器在任何物质接近它时都动作；漫射式光电传感器在接近它的物体反射回来的光线达到一定程度时动作 识别模块的工作原理见下列真值表传感器类型材质及颜色金属、红色尼龙、白色尼龙、黑色电感式传感器100漫反射式光电传感器110反射式光电传感器111(1)电感式传感器电感式接近开关就是利用电涡流效应制造的传感器。高频振荡型电感式接近开关：它以高频振荡

10、器(lc振荡器)中的电感线圈作为检测 元件，利用被测金属物体接近电感线圈时产生的涡流效应， 引起振荡器振幅或频率的变化, 由传感器的信号调理电路将该变化转换成开关量输出，从而达到检测的目的。差动线圈型电感式接近开关：它有两个电感线圈，由其中一个电感线圈作为检测线圈, 另一个电感线圈作为比较线圈；由于被测金属物体接近检测线圈时会产生涡流效应，从而 引起检测线圈中磁通的变化，检测线圈的磁通与比较线圈的磁通进行比较，然后利用比较 后的磁通差，经由传感器的信号调理电路将该磁通差转换成电的开关量输出，从而达到检 测的目的。被枪阳坳睡杨功才向(2)反射式光电接近开关反射式光电接近开关的光发射器与光接收器

11、处于同一侧位置，且光发射器与光接收器为一体化 的结构，在其相对的位置上安置一个反光镜， 光发 射器发出的光经反光镜反射回来后由光接收器接 收。(3)漫射式(漫反射式)光电接近开关漫射式光电接近开关是利用光照射到被测物体上后反射回来的光线而工作的，由于物 体反射的光线为漫射光，故该种传感器称为漫射式光电接近开关。漫反射式光电接近开关，它的光发射器与光接收 器处于同一侧位置，且为一体化的结构。在工作 时，光发射器始终发射检测光，当接近开关的前 方一定距离内没有物体时，则没有光被反射回来，接近开关就处于常态而不动作；如果在接近阻射a接近开关的1.作原理开关的前方一定距离内出现物体，只要反射回来的光的

12、强度足够，则接收器接收到足够的 漫射光后就会使接近开关动作而改变输出的状态。我们为什么会在日光下看到不同颜色的物体？这是因为物体对不同频率的光吸收作用不同，如果物体将所有频率的光（白光）全部反射回来，则我们看 到的物体就是白色；如果物体将所有频率的光全部吸收，则我们看到 的物体就是黑色的。如果物体吸收一部分频率的光，而将其余部分的 光反射出来，则我们看到的就是反射光的颜色。原则上黑色物体是不 能被漫反射式光电开关检测到的，但由于物体表面粗糙度不同，一些 表面光滑的黑色物体仍能反射一部分光， 因此灵敏度高的漫反射光电 接近开关仍能检测到这样的黑色物体。而我们的上料检测单元和检测 单元上检测工件颜

13、色就是利用这个原理来分辨出工件的黑与白的。2 .测量模块测量模块的作用是测量工件的高度。它由一个模拟量传感器和传感器支架构成。该模 拟量传感器实际上是一个由电位器构成的分压器。该传感器与变送器一起构成一个测量工件高度尺寸的传感系统，由电阻式传感器将测量杆的位移量转变为电位器电阻值的变 化，再经变送器器转换为00v的直流电压信号输出。输出的电压值与测量杆位移量之间 成正比例关系。测量模块由一个精密滑台气缸驱动，实现高度测量动作。3 .升降模块升降模块的作用是将工件由下方运送到上方，准备检测和分流。 它主要由一个无杆气缸、一个双作用直线气缸、一个工作平台组成。4 .滑梢模块滑槽模块提供了两个物流方

14、向。上滑槽可以将工件（合格工件） 分流到下一个工作单元，上滑槽前段是由直流电机驱动的传送带； 下滑槽可以用于模拟不合格工件的流向（即从本单元剔除）。5 .控制任务当设备接通电源与气源、plc运行后，首先执行复位动作，无杆缸驱动的工件托盘下 降缩回到位，检测头缩回到位，工件托盘上无工件。然后进入工作运行模式，放入一个工 件，按启动按钮时，检测单元首先对工件的颜色及材质进行识别，并将识别的结果储存起 来；然后将工作平台升至上端，根据信号将工件从滑槽中推出去；最后各执行机构都返回 到初始位置。（三）加工单元结构与功能加工单元可以模拟钻孔加工及钻孔质量检测的过程，并通过旋转工作台模拟物流传送 的过程。

15、加工单元主要组成机构有：旋转工作台模块、钻孔模块、钻孔检测模块及伺服驱 动单元等。1 .旋转工作台模块旋转工作台模块主要由旋转工作台、工作台固定底盘、 交流伺服电动机、蜗轮蜗杆减速器、定位块、电感式接近开 关传感器、漫反射式光电传感器、支架等组成。在转动工作台上有六个工位，用于存放工件。在每个工 位的下面都有一个定位块，电感式接近开关传感器感测这个 定位块，用于判断工作台的转动位置，以便于进行定位控制。2 .钻孔模块钻孔模块主要由钻孔气缸、钻孔电机、电磁夹紧器等组成。 钻孔模块用于实现钻孔加工过程。在钻孔气缸的两端安装有磁 感应式接近开关，用于判断两个气缸运动的两个极限位置。3 .检测模块检测

16、模块用于实现对钻孔加工结果的模拟检测过程。检测 模块主要由检测气缸、检测气缸固定架、检测模块支架及磁感 应式接近开关组成。4 .继电器继电器k1、k2,分别用于控制钻孔电机和电磁夹紧器。5 .控制任务当设备接通电源与气源、plc运行后，首先执行复位动作，钻孔电机上升缩回到位, 检测头缩回到位，夹紧头缩回到位，旋转工作台旋转到位。然后进入工作运行模式，在输 入工位上有工件的情况下，当接触启动按钮时，旋转工作台转动，将工件传送到加工工位 进行钻孔加工；钻孔加工后，旋转工作台再转动一个工位，将工件送到检测工位进行钻孔 质量的检测；最后工件被送到输出工位。输出工位的工件由人工取走。（四）安装搬运单元结

17、构与功能安装搬运单元可以模拟提取工件、按照要求 将工件分流的过程，同时能提供一个安装工位，实 现大、小工件的组装。安装搬运单元主要由提取模块、工件平台、 直线转圆周运动装置、气源处理组件、i/o接线端 口、阀组等组成。1. i/o接线端口它是该工作单元与plc之间进行通讯的线路 联接端口。该工作单元中的所有电信号（直流电源、 输入、输出）线路都接到该端口上，再通过信号电 缆线连接到plc上。2.提取模块该模块实际上也是一个“气动机械手”，主要由一个直线气 缸（上下摆动）、摆臂和气动夹爪等组成。摆臂相当于了气动机 械手的“手臂”，只是在这时不能伸缩，只能上下摆动，它由一 个安装在下方的直线气缸驱

18、动，在摆臂的前端安装有一个气动 夹爪，用于抓取工件。3.直线转圆周运动装置提取模块的左右移动及旋转由两个直线气缸所控 制，它通过一定的机械转换装，在实现直线运动的同时 还能提供圆周运动，这样在本单元上可提 供四个工位，分别为左工位（提取工位） 左上工位（安装工位）、右上工位（未用）和右工位（输出工位）。4 .工件平台工件平台安装在安装工位上，用于实现大、小工件的组装。5 .控制任务当设备接通电源与气源、plc运行后，首先执行复位动作，夹爪打开、摆臂上抬到位,两个直线气缸驱动摆臂左转到最左端。进入工作运行模式，按启动按钮，摆臂下降夹取工 件，抬起后转安装工位，摆臂下降后释放大工件，然后上抬等待小

19、工件的安装（用计时器 模拟安装好的信号），有信号后摆臂再次下降夹取工件，上抬后转输出工位；等待输出信 号，按下启动按钮，摆臂下，放开工件，上抬后摆臂转左工位，再次等待下一个工作信号。（五）安装单元结构与功能安装单元在整个系统中，起着向系统中的其它单元提供装配用的小工件。它的具体功 能是：按照需要将放置在料仓中的待安装的小工件（黑、白双色）自动地取出，并将其传 送到下个工作单元上的大工件空腔中。安装单元主要由i/o接线端口、料仓模块、转运模块、小工件平台、气源处理组件、 阀组等部件组成。1 . i/o接线端口它是该工作单元与plc之间进行通讯的线路联接端口。该工作单元中的所有电信号 （直流电源、

20、输入、输出）线路都接到该端口上，再通过信号电缆线连接到plc上。2 .料仓模块该模块用于储存小工件、并在需要时将料仓中的工件分离出来，为转送模块取走一个 小工件作好准备。 该模块主要由料仓、换向气缸、推料缸，推料块、小工件平台等组成。料仓模块的工作过程是这样的：两色小工件分别垂直叠放 在各自的料仓中，推料杆位于料仓的底层并可从料仓的底部通 过，推料杆与最下层的工件处于同一水平位置。当气缸驱动推 料杆前进时，推料杆便把最下层的工件水平推到预定位置（小 工件平台），从而把工件移出料仓；而当推料杆返回时，料仓中 的工件在重力的作用下，就自动下落，向下移动一个工件，为 下次工作作好了准备。在推料缸的两

21、个极限位置分别装有一个磁感应式接近开 关，分别用于识别推料缸运动的两个极限位置。在该模块的料仓有两个料仓，分别装着黑、白两色小工件，根据需要而选择输出哪种 颜色的小工件，而料仓的换向问题由一个双作用的换向气缸解决。3 .转运模块它的功能是吸取工件，并将工件传送到下一个工作单元。转 运模块主要由旋转气缸、摆臂、真空吸盘、真空压力检测传感器、 真空吸盘方向保持装置等组成。旋转气缸是摆臂的驱动装置，其转轴的最大转角为 180。， 转角可以根据需要进行调整。 在转动气缸的两个极限位置上各 装有一个磁感应式的接近开关，利用接近开关的信号状态来标识 两个极限位置。4 .控制任务当设备接通电源与气源、plc

22、运行后，首先执行复位动作，旋转气缸驱动的摆臂左转 到最左端，摆臂缩回到位，换向气缸伸出，推料气缸缩回到位。然后进入工作运行模式， 按启动按钮，摆臂向外摆出，推料气缸推出小工件，摆臂摆回吸取小工件后，向外摆出， 至极限位置后，释放小工件，然后摆臂摆回，同时料仓在换向气缸的驱动下换向，为下次 另一种小工件的输出作好准备。每按一次启动按钮就执行一个工作循环，而在每一次工作循环后，料仓都必须交替自 动换向。（六）提取安装单元结构与功能提取安装单元装配2轴的拾取和放置模块，通过光电传感器检测到工件，工件传送到 传送带上的气动分离器。拾取和放置模块将滑槽上工件盖放置到工件上，通过分离器释放完整的工件组合并

23、传送到传送带的末端。分类工作单元主要由传送带模块、提取装置、滑槽模块、工件阻挡装置、气源处理组 件、i/o接线端口、阀组、继电器、对射式光电传感器等组成。1 .传送带模块模块中的传送带由一个直流电流通过齿轮减速器后驱动。 当传送带运行一定时间后，或因其它原因造成传送带打滑时， 可以通过调整传送带模块上的端头支撑板来调整传送带的张 紧度而消除打滑。2 .工件阻挡装置该装置通过传送带及阻挡装置实现对工件移动控制。它主要由旋转气缸、阻挡条、固定块组成。当某一工件需要分拣到第一或第二滑槽中时，对应的导向 气缸驱动导向装置将传送带送来的工件导入相应的滑槽。3 .提取安装装置用于拾取滑槽中的工件盖并将其安

24、装到传送带上被阻挡的工件中。该装置由一个导杆气缸、一个杆不回转气缸及真空吸盘组成。工作时，导杆气缸缩回，吸盘下降吸取滑槽中工件盖，然后导杆前 伸将工件盖放入到传送带上被阻挡的工件中。4 .控制任务当设备接通电源与气源、plc运行后，首先执行复位动作， 各导向气缸驱动的导向装置均缩回到位， 传送带无件。然后进入工 作运行模式，放入一个工件，工作单元确认工件；按启动按钮，此时传送带启动，旋转气缸驱动的工件阻挡条也旋出阻挡工件， 同时计时开始；时间到后吸盘向下吸取一个工件盖， 然后缩回上方；导杆气缸驱动吸盘向前伸出，到位置后吸盘向下到底，释放工件盖装入大 工件上，然后吸盘向上及向后缩回到位；阻挡条打

25、开，传送带再启动输出工件组合，计时; 计时结束后程序再次进入等工件状态。（七）操作手结构与功能操作手单元可以模拟提取工件、按照要求将工件分流的过程。操作手单元主要由提取模块、滑槽模块、气源处理组件、i/o接线端口、阀组等组成。1 .提取模块该模块实际上是一个“气动机械手”，主要由两个直 线气缸（提取气缸和摆臂气缸）、一个转动气缸及气动火 爪等组成。提取气缸安装在摆臂气缸的气缸杆的前端，用于实现垂直方向的运动，以便于提取工 件。该气缸在结构上不同于一般的直线气缸，它是一个杆不回转型气缸，它的活塞杆为六 边形，这样活塞杆就不能随便转动，便于气动手指夹取工件。摆臂气缸构成了气动机械手的“手臂”，可以

26、实现水平方向上的伸出、缩回动作。同时它还是一个双联气缸（有的地方叫倍力缸），它拥有两个压 力腔和两个活塞杆，在同等压力下，双联气缸的输出力是一 般气缸的两倍，所以有的地方亦叫它倍力缸。在气缸的两个 极限位置上分别安装有磁感应式接近开关，用于判断气缸的 动作是否到位。转动气缸用于实现摆臂气缸的转动，其转动角度为180。，在气缸的两个极限位置上分别安装有一个阻尼缸（用于缓冲旋转过来的冲击）和一个电感式接近开关（用于判断气缸旋转是否到位）。气动火爪则用于抓取工件。2 .控制任务当设备接通电源与气源、plc运行后，首先执行复位动作，旋转气缸驱动的摆臂左转 到最左端，摆臂缩回到位，夹爪打开，提取气缸上升

27、到位。然后进入工作运行模式，按启 动按钮，操作手单元先摆臂气缸后提取气缸依次伸出，提取气缸伸出到达下端后夹爪夹取 工件，夹紧工件后，再按照先提取气缸后摆臂气缸的顺序依次缩回，然后摆臂气缸摆到右 端，等待工件送出信号。再次按下启动钮，工件送出，摆臂气缸、提取气缸依次伸出，然 后放下工件，再按照逆过程返回到初始位置。（八）立体存储单元的结构与功能立体存储单元可以作为 mps系统中的最后一个单元，在整个系统中，接收并储存前 方各单元加工后的工件。它的具体功能是：在接收工位接收前一单元送来的工件，按照工 件信息而自动的运送至相应的仓位，并将工件推入立体仓库储存。立体存储单元主要由i/o接线端口、步进驱

28、动模块、丝杆驱动模块、工件推出装置、 立体仓库、气源处理组件等部件组成。1 .步进驱动模块步进驱动模块由步进电机和步进驱动器组成。立体存储单元中有两套步进驱动模块。步进驱动器接收plc发出的高速脉冲信号及方向电平信号，并将这些信号转换成驱动步进 电机的信号。步进电机旋转的方向由电平控制；旋转的速度由脉冲信号的频率控制；而需 要转多少圈是由脉冲信号的数目控制的2 .丝杆驱动模块丝杆驱动模块是将步进电机的旋转运动转换成直线往复运动，两套丝杆驱动模块成90垂直安装，这样就形成了一个x-y 轴的平面运动系统。 在两个丝杆驱动模块上均设有一个零点，用以校正位置及提供位置参考点。同时为防止丝杆驱动模块过冲

29、而产生机械物理损伤，在丝杆驱动模块的极限位置均装有碰撞保护开关，用来防止丝杆驱动模块过冲。3工件推出装置该部分由一个双作用气缸、推块和一个接收工件的推块导槽组成。4 i/o 接线端口i/o 接线端口是该工作单元与plc 之间进行通信的线路连接端口。该工作单元中的所有电信号 （直流电源、 输入、 输出） 线都接到该端口上， 再通过信号电缆线连接到 plc 上。5控制任务当设备接通电源与气源、 plc 运行后，首先执行复位动作，工件推块缩回到位，由丝杆驱动的工件平台归零（ x 、 y 轴） ，按下“开始”按钮后，工件平台去接收工位（单站控制时可以自由定义） 。然后进入工作运行模式，放入工件后，按启

30、动按钮，工件平台携带着工件到达预定的仓位，然后将工件推入到立体仓库；最后工件平台归零后再次去接收工位，等待下一个工作信号。（九）物流系统物流系统由自动导航小车（agv ） 及其运行平台和中央调度系统组成， agv 中的 cpu采用dsp yms320lf2407a ,软件开发支持流程图、汇编语言、c语言、dsp汇编语言编程，开放式电子扩展构架+开放式机械组合构架，铝合金+高强度abs ，开放硬件接口、软件设计接口， agv 采用无线通讯网络带工作平台。 中央控制调度系统通过无线网络完成与各个 agv 之间的通讯和调度，完成工件在各模块单元之间的传递和输送；图像处理模块完成图像的采集、处理并将处

31、理后的图像传输给主控模块，完成对工件加工、组装后的检测。四、实验步骤1 .开机前检查电器连接状况、气管连接的正确与可靠、机械部件的状态等；2 .导航小车agv 的操作（按agv 说明书进行相关操作） ；3 .软件系统启动并操作；4 .用户登录，启动组态王；5 .agv 调度；6 .连接 agv ；7 .判断通讯是否成功， 若是则向两辆agv 小车发送当前站点信息， 若否则调试直到通讯成功；8 .启动开始任务；9 .看 agv 是否到达指定站点，若是则停下小车并向组态和 plc 发送相关指令，若否则让小车继续前进，并报告站点位置，指导到达指定站点；10 .完成相关工作后，先退出操作软件系统，再退

32、出组态王，然后退出操作系统。最后关闭电源、气源，将防尘布置于设备之上。五、注意事项1 .实验过程中应注意安全，若误操作可能造成身体轻微伤害或财产损失。2 .只有在断电状态下才能连接和断开各种电气连线。3 .使用直流 24v 以下的电压（特殊单元除外） 。4 .所有机械系统零部件的紧定螺钉应拧紧。5 .不要在系统运行时人为的干涉正常工作。实验二 自动换刀装置一、实验目的1. 熟悉数控车床和镗铣加工中心自动换刀系统的基本组成及自动换刀过程；2. 掌握自动换刀系统的控制原理及特点。二、实验设备1. mj-460 多功能数控车床2. 德马 ml850a 立式加工中心三、实验原理及内容1. mj-460

33、 多功能数控车床自动换刀装置的结构及工作过程 1） mj-460 多功能数控车床的自动换刀装置采用 12 工位卧式回轮式机械分度液压锁紧式刀架，它主要由回转刀盘、定位齿盘、液压缸、液压马达、编码器等组成，共可装 12 把刀具。 2） 2） mj-460 多功能数控车床的控制系统为 fanuc 系统，自动换刀是根据数控系统的程序指令由回轮式刀架来完成的， 可实现双向就近选刀。 刀架转位速度为 0.6 秒（单步 ） 。刀架的松开、转位和夹紧采用液压驱动，运动循环为：刀架抬起转位活塞退回定位与夹紧。2. ml850a 立式加工中心自动换刀系统的组成及控制原理（ 1） ml850a 立式加工中心自动换

34、刀系统由刀库、自动换刀装置、 刀具传送装置、刀具识别装置等几部分组成。1）刀库： ml850a 立式加工中心采用圆盘式刀库，刀库中有24 个刀座，最多可装24 把刀具。刀座以铰链的形式与支承板连接，由滚子在固定导盘槽中限位。刀座锥孔尾部有 2 个弹簧球头销用来夹紧刀具，以免刀具旋转向下后因自重而下落。2）自动换刀装置：该机床使用单个双臂式机械手来完成刀具的选择与交换，机械手臂两端各有一个手爪，能够实现抓刀、拔刀、回转、换刀以及返回等动作。刀具夹紧机构由安装于主轴后端的气缸、安装于主轴孔中的蝶形弹簧组、推杆和夹爪组成。3）刀具传送装置：圆盘刀库由伺服电动机驱动，通过蜗轮蜗杆等传动副带动刀库圆盘和

35、盘上的 24 个刀座旋转，可使任一刀座都能转到最下方的换刀位置。但此时刀座在刀库上处于水平位置，应使换刀位置上的刀座逆时针转动90，使刀头向下，以等待机械手换刀。实现这个动作靠气缸上的活塞杆带动拨叉上升，刀座顶部的滚子刚好处于拨叉的缺口中， 这样拨叉上升时使刀座连同刀具逆时针转动90。使用 t 指令可将刀具提前选至换刀位， 以便节省时间。 需要用到此刀具时， 只需执行 m06 换刀指令。 如执行 m06 t5 指令，调用 5 号刀。4）刀具识别装置：该机床的刀具识别，采用的是软件记忆法。事先在系统中按照一定的顺序，确定好刀库中每个刀座的编号，再将每把刀具编一个刀具号。刀库上装有检测装置，在换刀

36、的过程中，刀库每转过一个刀位，检测装置上的光源发出一束光线，再由光电感应装置，把接收到的光信号转变为电信号，并反馈给数控系统。（ 2）加工中心自动换刀系统的控制原理ml850a 立式加工中心的控制系统为 fanuc oi mate-md 系统，在加工中心上自动换刀是根据数控系统的程序指令，由机械手来完成刀具的选择与交换工作，刀具的换刀按照任意选择方式。四、实验步骤1 .启动机床，机床回换刀点。z轴回换刀点是使主轴移到与刀库等高的位置，x、y轴根据所加工工件的尺寸及位情况可回换刀点，也可不回换刀点。2 .选择适当的操作模式（mdi手动操作），将控制程序输入系统。该机床的换刀程序， 通常有以下指令

37、：f1 按键 刀具目录显示功能和atc 手动调整功能；m06 换刀指令；m20 刀套倒下；m22 主轴松刀；m24 主轴夹刀；m26 刀套抬起。t* 选择刀号；m19 主轴定向；m21 atc 扣刀；m23 atc 刀具交换；m25 atc 回原点；3. 使机床低速运转，执行换刀操作。该机床自动换刀的工作过程如下 :（ 1）在加工时，刀库可按程序指令提前将刀具转到换刀位，即刀库的最下位置。2）主轴准停。加工完毕时使主轴在圆周方向准确停止在零度位置，以使主轴断面上的键槽方向与刀座中的键槽方向一致。（3）按换刀指令将刀座逆时针转动 90 （待换刀具轴线处于铅垂位置、与主轴轴线 平行，主轴箱已上升到

38、换刀位）,机械手旋转75 ,分别抓住主轴和刀库刀座上的刀柄。（4）主轴上的刀具自动夹紧机构放松刀柄，机械手下降，同时将主轴锥孔和刀库刀 座上的刀柄拔出。（5）机械手回转180。（6）机械手臂上升，将需要更换的刀柄同时插入到主轴锥孔和刀库刀座上并加紧。（7）机械手反方向旋转75回到原始位置；刀座向上（顺时针）转动 90恢复到水 平位置。这时换刀过程完毕，机床进行下一道工序的加工。五、机床主要技术参数1 . mj-460多功能数控车床mj-460是一种二轴（x、z）控制的高速、精密多功能数控车床（mj-460/mc是一种主 轴可带cs控制（c轴功能），刀架上可安装动力刀具的三轴控制车削中心机床）。采用45度斜床身，进口直线滚动导轨。x、z轴伺服电机与滚珠丝杠之间通过柔性联轴器采用直连结构，传 动链短、具有伺服精度、响应速度高的特点。项目内容单位mj 460 参数床身上最大工件回转直径1mm460目匕滑板上最大工件回转直径mm390力最大工件车削/铳削直