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1、机电一体化柔性装配系统概述Me093399型机电一体化教学系统是以工业生产中的自动化装配生产线为原型开发的教学、实验、实训综合应用平台。本装置采用铝合金结构件搭建各分站主体设备，选取多种机械传动方式实现站间串联，整条生产线充分展现了实际工业生产中的典型部分。系统控制过程中除涵盖多种基本控制方法外，还凸现组态控制、工业总线、电脑视觉、实时监控等先进技术，为培养现代化应用型人才创设了完整、灵活、模块化、易扩展的理想工业场景。为便于协调整个生产线的全程控制，系统设置了一个主站总控制台，主站总控制台是整个装配生产线连续运行的指挥调度中心，其主要功能是实现全程运行的总体控制，完成全系统的通讯连接等。图1
2、 连续生产线示意图升降梯立体仓库站点12分拣单元站点11检测单元站点9模拟单元站点6穿销单元站点5加盖单元站点4废品道上料单元站点2下料单元站点3液压单元站点10伸缩换向单元站点8铣床单元站点1图像识别单元站点7滚筒转角装配生产线示意图如图1所示。整个系统主要由12个从站点组成，每个从站单元完成特定的工作任务，以装配、检验、分拣、入库的方式顺序完成各种装配操作和物流处理过程。各单元的主要功能如下所述：1 铣床单元（站点1）：本站有工件时，进行自动卡紧和铣削加工。上料单元（站点2）：根据工件的位置情况，从料槽中抓取装配主体送入数控铣床单元或将铣床单元加工后的产品转送下料单元。下料单元（站点3）：
3、将前站送入本单元下料仓的工件主体，通过直流电机驱动间歇机构带动同步齿型带使之下落，工件主体下落至托盘后经传送带向下站运行。加盖单元（站点4）：通过直流电机带动蜗轮蜗杆，经减速电机驱动摆臂将上盖装配至工件主体，完成装配后工件随托盘向下站传送。穿销单元（站点5）：通过旋转推筒推送销钉的方法，完成工件主体与上盖的实体连接装配，完成装配后的工件随托盘向下站传送。模拟单元（站点6）：本站增加了模拟量控制的PLC特殊功能模块，以实现对完成装配的工件进行模拟喷漆和烘干，完成喷漆烘干后的工件随托盘向下站传送。图像识别单元（站点7）：运用电脑识别技术将前站传送来的工件进行数字化处理（通过图形摄取装置采集工件的当
4、前画面与原设置结果进行比较），并将其判定结果输出。经检验处理后工件随托盘向下站传送。伸缩换向单元（站点8）：将前站传送过来的托盘及组装好的工件经换向、提升、旋转、下落后伸送至传送带向下站传送。检测单元（站点9）：运用各类检测传感装置对装配好的工件成品进行全面检测（包括上盖、销钉的装配情况，销钉材质、标签有无等），并将检测结果送至PLC进行处理，以此作为后续站控制方式选择的依据（如分拣站依标签有无判别正、次品；仓库站依销钉材质确定库位）。10液压单元（站点10）：通过液压换向回路实现对工件的盖章操作，完成对托盘进件、出件后再经90旋转换向送至下一单元。11分拣单元（站点11）：根据检测单元的检测
5、结果（标签有无），采用气动机械手对工件进行分类，合格产品随托盘进入下一站入库；不合格产品进入废品线，空托盘向下站传送。12升降梯立体仓库（站点12）：本站由升降梯与立体仓库两部分组成，可进行两个不同生产线的入库和出库。在本装配生产线中可根据检测单元对销钉材质的检测结果将工件进行分类入库（金属销钉和尼龙销钉分别入不同的仓库）。若传送至本单元的为分拣后的空托盘，则将其放行。综上所述，站点1、2、3、4、5主要完成顺序逻辑控制；站点6实现对模拟量的控制；站点7引入了先进的图像识别技术；站点9综汇了激光发射器、电感式、电容式、色彩标志等多种传感器的应用，站点10为液压传动控制、站点11突出体现了气动机
6、械手的控制，站点12则实现步进电机的控制。实验一、上料单元一、 单元简介上料单元是整个装配生产线的起点，该单元的主要功能是根据不同的控制要求从料槽中抓取装配主体送入数控铣床单元或将铣床单元加工后的产品转送下料单元。图1-1 工件主体上料单元本单元的主体结构组成如图1-1所示，包括扬臂同步带传动机构，旋转行星齿轮传动机构、水平移动支架及其齿轮齿条传动机构、托盘直线传送单元、托盘转向从动单元、轨道等。本单元在结构设计中涉及到行星齿轮系、螺纹微调机构、齿轮齿条机构、张紧机构等相关的机械原理、机械零件知识，行星齿轮系的结构图如图1-2所示:图1-2 行星齿轮系结构图机构名称：行星齿轮系工作特性：降速比
7、大,增加扭矩 齿轮O和电机安装在一起，齿轮A与齿轮O、B相啮合。本机应用目的：齿轮A带动旋转盘（齿轮B）取、送件。螺纹微调机构结构图如图1-3所示:图1-3 螺纹微调机构结构图机构名称：螺纹微调机构工作特性：调动螺母，利用螺距差实现微调本机应用目的：调节平行四边形的精度齿轮齿条机构结构图如图1-4所示:图1-4 齿轮齿条机构结构图机构名称：齿轮齿条机构工作特性：降速比大,增加水平推动力齿轮O和电机安装在一起，与齿轮A相啮合。齿轮B与齿轮A同轴，与齿条相啮合，将旋转运动转为直线运动本机应用目的：电机带动齿轮齿条行走。为实现本单元的控制功能，在主体结构的相应位置装设了光电传感器、磁性接近开关、微动
8、开关等检测与传感装置，并配备了步进电机、直流电机、直动气缸、电磁铁等执行机构和电磁阀、继电器等控制元件。详见图1-5所示。SQ1扬臂下行检测SQ2扬臂上行检测SQ3顺转检测SQ490旋转检测SQ5逆转检测SQ6左行检测SQ7右行检测SQ8工件吸持检测S1气缸升检测S2气缸降检测S3工件检测M4扬臂升降电机M5旋转电机M1行进电机M2直线电机M3直线电机YM直流电磁吸铁C直动气缸HL指示灯图1-5 上料单元检测元件、控制机构安装位置示意图二、 实训目的1 了解上料单元的机械主体结构、熟悉齿轮齿条等传动过程2 通过系统运行过程理解传感检测元件和执行机构的作用3 读懂工程图纸，学会照图完成安装接线，
9、掌握检查方法4 学习根据控制要求编制和调试PLC程序的方法5 学习系统调试和分析、查找、排除故障的方法三、 实训设备1 工件主体上料单元2 PC机3 可编程序控制器及通讯电缆4 万用表5 其它工具四、 实训内容与步骤1 熟悉上料单元的机械主体结构，了解机械装配方法，重点观察行星齿轮系、齿轮齿条机构的传动过程和理解螺纹微调机构、张紧机构的作用。2 对照电源系统图（见附录1）和气动原理图（见附录2）学习本单元电源系统和气动系统的设计与连接调试方法。3 对照图1-5查找本单元各类检测元件、控制元件和执行机构的安装位置，并依据上料单元PLC控制接线图（见附录3）熟悉其安装接线方法。4 根据表1-1理解
10、本单元各检测元件、执行机构及控制元件的功能，熟悉基本调试方法（必要时可根据系统运行情况适当调整相应位置）。表1-1 上料单元检测元件、执行机构、控制元件一览表类别序 号编 号名 称功 能安装位置检 测 元 件1SQ1微动开关确定扬臂下行位置两支撑侧板顶部型材2SQ2微动开关确定扬臂上行位置两支撑侧板顶部型材3SQ3微动开关确定扬臂顺转位置圆盘4SQ4微动开关确定扬臂90旋转位置圆盘5SQ5微动开关确定扬臂逆转位置圆盘6SQ6微动开关确定扬臂左行位置(铣床方向)圆盘左面支撑型材7SQ7微动开关确定扬臂右行位置(下料方向)圆盘右面支撑型材8SQ8微动开关工件吸持检测电磁铁上9S1磁性接近开关确定气
11、缸初始位置气缸10S2磁性接近开关确定气缸伸出位置气缸11S3光电传感器检测工件槽工件工件槽侧面执 行 机 构 等1M5直流电机驱动扬臂旋转圆盘2M4步进电机驱动扬臂升降两支撑侧板中间3M1直流电机驱动上料单元行进滑轨支撑板4M2直流电机驱动直线I 传送带直线单元5M3直流电机驱动直线II传送带升降梯旁直线单元6YM直流电磁吸铁控制扬臂电磁铁吸放工件扬臂7C直动气缸驱动扬臂顶端电磁铁升降扬臂8HL工作指示灯显示工作状态两支撑侧板顶部型材9HA1蜂鸣器事故报警控制板10HA2蜂鸣器事故报警控制板控制元件等1KM1继电器扬臂左行控制直线单元内侧2KM2继电器扬臂右行控制直线单元内侧3KM3继电器控
12、制步进电机得电失电直线单元内侧4KM4继电器扬臂顺时旋转控制直线单元内侧5KM5继电器扬臂逆时旋转控制直线单元内侧6YV电磁阀直动气缸伸缩控制两支撑侧板中间5 编制和调试PLC自动控制程序。 反复观察分站运行演示，深刻理解控制要求 根据控制要求描述及工作状态表自行绘制自动控制功能图 设置I/O编号，并将功能图转换为梯形图输入计算机进行调试 将程序下载至PLC进行试运行（断开负载电源） 根据I/O编号逐个核对PLC与输入输出设备的连接 进行系统调试，实现PLC带分站负载运行（接通负载电源）6 在自动控制程序的基础上增加启动、停止、急停、复位控制和工作方式选择控制。7 学习分析、查找、排除故障的基
13、本方法。五、 控制要求（一） 自动控制过程说明及工作状态表初始状态：升降、行进、旋转电机及直动气缸处于原位，扬臂呈静止状态；吸持工件电磁吸铁释放；工作指示灯熄灭。在系统全程运行时二直线电机驱动传送带始终保持运行状态（系统启动即开始运转）；分单元运行时可选用PLC的特殊继电器（与PLC运行/停止同状态的继电器）保持其运行状态。系统运行期间，需根据铣床单元的工作状态选择A、B两种不同的控制过程。A若铣床正在铣削工件则待加工完毕后向上料单元发出转运信号：1. 当上料单元接收到铣削完毕信号后，工作指示灯发光，直流电机驱动齿轮齿条动作，上料单元左行至铣床方向。2. 上料单元左行到位后，气动回路的电磁换向
14、阀动作，气缸活塞杆伸出，带动电磁铁下降。3. 气缸活塞杆伸出到位后，电磁吸铁得电，通过主体工件上安装的金属条吸取工件主体。吸持工件s后，气动回路电磁换向阀复位，气缸活塞杆收回，电磁铁持工件回缩（若一次吸合未果，即安装在电磁吸铁上的微动开关未发出信号，蜂鸣器发出音响报警信号）。4. 安装在电磁吸铁上的微动开关发出信号表示完成吸合且气缸回缩归位后，直流电机驱动齿轮齿条动作，上料单元反向右行。5. 上料单元右行到位后，步进电机切换继电器得电，发出升降脉冲信号。同步带驱动扬臂持工件上行。6. 扬臂上行到位后，步进电机切换继电器失电，此时直流电机带动行星齿轮动作，使扬臂持工件顺向旋转180度，将工件送至下料单元入口处。7. 扬臂旋转到位后，气动回路的电磁换向阀动作，气缸活塞杆伸出，带动电磁铁持工件下降。8. 气缸活塞杆伸出到位后，电磁吸铁失电，对准下料口释放工件，s 后气动回路电磁换向阀复位，气缸活塞杆收回。9. 气缸回缩到位后，进行2秒延时，启动旋转直流电机带动行星齿轮动作，
