基于慧鱼技术的零件加工与传送系统的设计

　　摘要：介绍了基于慧鱼技术组装的“机械零件加工与传送系统”模型。系统中采用了慧鱼模型提供的气动、电动等多种驱动方式；利用了光感、磁感等传感器进行信号的采集与处理，模拟了对常用机械零件的车、铣、钻削、检测等多道加工工序以及零件在各工位间的传送工作。通过本模型系统，可以开展机电一体化方面的创新实验，有助于提高学生的综合素质、工程应用能力及创新能力以适应新形势的需求。
　　关键词：工程技术创新；慧鱼模型；加工与传送 
　　
　　1前言
　　物流与零件加工自动化是提高生产率与产品可靠性的重要技术手段，在现代生产中得到了广泛的应用。实验教学是让学生掌握知识、训练技能的重要手段，但目前很难全部采用真实设备来开展实验教学,因此，利用慧鱼技术设计搭建了“机械零件加工与传送系统”，该系统是根据常用零件加工工艺的工序与流程，模拟了对零件的车、铣、钻削、检测等多道加工工序以及零件在各工位间的传送工作，达到了良好的控制效果。
　　2模型系统的组成与功能
　　
　　
　　

　　“机械零件加工与传送系统”是基于慧鱼创意组合模型设计组装而成的，由加工、检测、传送、控制等7个单元所组成。待加工零件从毛坯入口进入，经车削单元加工后，进入检测单元，检测合格
　　后进入铣削单元，铣削加工结束后，利用传送带传送至钻削单元，完成钻削加工后，零件加工结束，零件被运送到出口。搬运机械手和翻转机械手在本零件加工与传送系统中，起到零件的搬运与夹持的作用。系统工作过程是，零件毛坯首先送入供料平台上，系统启动时，三自由度搬运机械手开始动作，首先抓取零件，送到第一工位—车削单元。零件毛坯由旋转台底座夹具固定，刀具到达指定工作位置后，电机及减速器带动旋转工作台旋转，实现零件外圆的模拟车削加工。加工之后，底座夹具松开，零件处于可活动状态。搬运机械手动作再次抓取零件送入下一个检测单元。检测单元的作用是利用检测装置对零件的厚度进行检测，是否达到设计要求。零件送入检测平台后，定位装置对零件进行固定，然后进行质量检测。检测要求是：此零件厚度不超过标准值。在铣削单元，零件由机械手放在可水平移动的工作台上且固定，按三自由度控制铣刀对零件表面，按所设计的尺寸进行精加工，提高产品的外观价值。铣削加工完成后，机械手把零件送入传送带，由传送带把零件带入预定位置，然后钻床的翻转机器手动作，从传送带夹住零件，将零件带入钻床工位，进行钻削加工，再由翻转机械手将零件送入零件成品盒。完成了一个零件的全部加工，翻转机械手复位，搬运机械手回到初始位置，等待对下一个零件传送与加工工作。
　　3机械零件加工与传送系统的设计与搭建
　　本系统巧妙的利用慧鱼模型所提供的电机、减速器等驱动器以及气动元件作为整个系统的动力器件，采用了多道加工工序，完成零件加工的，各个部分组成如下：
　　3.1车削加工单元
　　车削加工模拟了立式车床对零件的端面和外圆进行加工的工作过程。它主要由带夹具的旋转底座和具有二自由度的刀架组成，并且带有必要的控制开关。旋转底座上安装一电磁铁，通过电磁铁的吸力对零件进行固定，充当了夹具的作用。旋转底座的旋转角度由一脉冲记数开关的脉冲数来控制，由于是模拟其过程，这里我们设定让其旋转一整周。
　　二自由度的刀架的行程由四个行程开关控制，分别控制X向和Z向的行程。这里刀具用一根金属棒来模拟。车削加工的启动、停止控制开关安装在天车导轨上，当天车到达车削工位时触发控制开关，给出了一个由低电位到高电位的脉冲（启动脉冲），整个车削部分进入工作状态。而当天车离开车削工位时，控制开关给出了一个由高电位到低电位的脉冲（结束脉冲）。至此车削加工的一个循环结束。并等待下一个开始脉冲。
　　3.2检测单元
　　检测单元由零件定位和测量部件组成。零件到位后，气动夹具动作对零件进行固定并进行测量，检测要求厚度不超过标准，在厚度方向上设置两个传感器（H1、H2），在测量尺向下直线运动时，如果既触发H1又触发H2时表明厚度合格，当测量尺只触发H1时，表明零件厚度超标，零件不合格。对合格的零件不做任何处理，测量尺回到初始位置进入下一循环；对不合格的零件，在测量尺继续前进中将活动板推起，利用零件的自身重力将零件滑入废品箱，之后测量部件回到初始位置。
　　检测单元的启动、结束开关安装在搬运机械手的横梁上，由一个低电位到高电位的脉冲（启动脉冲）来启动，而当搬运机械手离开检测工位时，由高电位到低电位的脉冲（结束脉冲）来结束。
　　3.3铣削加工单元
　　在铣削加工中，为了提高加工精度采用了脉冲记数来控制刀具的水平定位，由此可以在零件表面模拟加工或者是在换上不同的刀具之后进行其它相关加工。整个刀架具有三个自由度，水平方向上由左、右两个限位开关来控制行程，垂直方向由上限位开关进行限位。被加工零件由移动工作台送入，在移动工作台上集成了电磁铁，实现对被加工零件的固定。移动工作台可在导轨上运行，运送零件到加工区域。导轨上设置了两个限位开关，用来限制移动工作台的行程范围。
　　整个铣削加工的启动、停止开关安装在天车的导轨上，由一个低电位到高电位的脉冲（启动脉冲）来启动，而当搬运机械手离开其工位时，由高电位到低电位的脉冲（停止脉冲）来结束。
　　3.4传送装置
　　传送带设置在钻削加工工序前面，接受搬运机械手送来的零件，在传送带的入口安装有光电传感器，用来判断零件是否到位，即进入传送带。无零件进入时光线直接射到传感器上得到1信号，有零件进入时光线被阻隔得到0信号，即也是传送带的启动信号。在接受到零件后，进行延时，待机械手离开后传送带电机工作，将零件送入翻转机械手取到的位置。这里用到时间延时来控制电机工作时间，来达到零件定位的目的。
　　搬运机械手（三门轴架）承担了整个系统的运送零件工作，它使各个工序有机的联系起来。搬运机械手由一对纵向导轨一对横向导轨、运行车、机械手组成，其不仅作为机械手运动的载体，也作为各种控制开关限位开关的安置处。各开关均依据所要执行的功能来定位安装，这样就在机械手运行的过程中把各个部分连接起来，达到系统的完整和连续。机械手的电磁吸盘拥有三个自由度，可以按照设计到达空间预定各点。
　　搬运机械手的电磁吸盘完成抓取零件，其吸盘的通断电由吸盘一侧的开关控制，在吸盘接触到零件时在开关的控制下首先电磁吸盘不再继续做垂直运动，而后电磁吸盘通电“抓取”零件。然后将零件提升到预定的高度(此处用一磁传感器进行定位)。而在零件下放过程则由控制开关提供断电信号，将零件放下。
　　3.5钻削加工单元
　　翻转机械手能沿水平方向旋转及沿垂直方向翻转，其旋转角度可达120度；翻转角度达90度。翻转机械手又充当了夹具的作用用来固定零件。机械手将零件从传送带夹持送入加工区域，气缸动作，推动钻头下行，靠弹簧钻头复位模拟钻削加工，翻转机械手将零件放入零件成品盒，然后回到初始位置，等待下一个零件的到达。钻削加工的启动开关同样也安装在搬运机械手的导轨上，由一个低电位到高电位的脉冲（启动脉冲）来启动，而当钻削加工结束后由于搬运机械手已离开进入下一个循环，故不需要结束脉冲来结束。所以只需要启动脉冲来启动加工。
　　3.6控制系统
　　模型系统的控制系统主要包括计算机和智能接口板、利用软件进行编程。计22个数字输出，34个数字输入。采用类似星型总线的设计，各个单元只与搬运机械手进行通讯，以次进行信息交换，其动作顺序由搬运机械手的运行工作顺序进行控制，即搬运机械手中的程序设定决定各单元的启动与结束。通过优化的程序设计中使用LLWIN程序里的脉冲模块，利用LLWIN软件分别对每个单元编写控制程序和设置通讯连接，达到模型系统的控制目的。
　　3.7辅助装置
　　供气系统为系统相应气缸提供动力的气源。包括压缩电机、压缩气缸、单向阀及电机控制模块（需要9伏直流电源供电）。通过手动调节控制电机转速达到控制气体压力的作用。
　　4结束语
　　“机械零件加工与传送系统”是按照零件加工工艺的工序与流程，在计算机控制下，对零件的加工与检验过程进行了模拟仿真，实现了零件加工与传送的自动化。利用该系统开展实验教学，可使学生掌握自动化生产的相关知识，有助于提高学生在机电一体化方面的综合素质、工程应用能力及创新能力以适应时代的需求。
　　
　　参考文献（References）:
　　[1]付顺玲等.开发机电创意实验,提高学生创新能力,高等教育研究,2006（3）,45-46.
　　[2]付顺玲等.创新能力培养的闪光点,高等教育研究,2005（1）,58-59.