主页 > 技术文章 > 柔性（xìng）制造机（jī）电一体化教（jiāo）学培（péi）训系统 2025-09-11

柔（róu）性制造机电一体化（huà）教学培训系统

柔性制造机（jī）电一体化教学培训系统应用当（dāng）前先进的工业自（zì）动化控制技术（shù）的用于教学培训的柔性制造系统。随着工业自动化技术的迅猛发展，现代自动生产加工系统中的控（kòng）制（zhì）和操作技（jì）术越来越复杂，往往综合了机械（xiè）、气（qì）动、液压、传感器技术、PLC及（jí）伺服（fú）驱动、数控技术、机器人技术、通信技术、柔性制造（zào）及计算机集成制造技术等（děng）多门学科（kē），因此对于工业现场（chǎng）的（de）应用技术人员也提出较高的要求。对于培养生产一线的技术应用型人才（cái）的（de）高等职业技术教育院（yuàn）校来说，提供模拟自动化生产加工（gōng）系统的综（zōng）合实训环节，培养学生的综合工（gōng）程应用能力，满足现代化企业生产的需求是（shì）我们的教（jiāo）学理念。在教学中我们引入了（le）德国某公司的F’MS50系统，也称为柔性制造系统机电一体化培训设备。

2、系统的组成和功能（néng）：
  此柔性制造系统是一套模（mó）拟实（shí）际工业自动（dòng）化生产中不（bú）同复杂程度控制过程的柔性加工中心。根据（jù）系统的不同运（yùn）行状（zhuàng）态，可实（shí）现对（duì）生产加工（gōng）过（guò）程的改变和控制。图1所示为（wéi）该物（wù）流系统的平面示（shì）意图，整个系统由以下13个工作站组成:①供料站;②检测站;③提取站（zhàn）;④加工站;⑤图像处理站;⑥装配站;⑦暂存站;⑧提取站;⑨成品分装（zhuāng）站;⑩闭环柔性输送装置;⑧柔性加工系统上下料机器人;⑩数控车床;⑩数（shù）控铣床。
  该系统的生产过程模拟短行程气缸的装配，其中（zhōng）包括的零件（jiàn）有:缸体、活塞、弹簧和端盖（gài）。整个加工（gōng）系统（tǒng）的流程为（wéi）:工件由送料站送人检测站~检测站检测工件（jiàn）的状况~将合格零件放人传送带上的工件运送车上~由提取站中的机械手上下料装置将（jiāng）工件放人加（jiā）工站进行加（jiā）工（gōng）~再将工件放回传送带上（shàng）~工件经过图像处理站（zhàn）时由工（gōng）业图像处理系统检测将要进行装配（pèi）的工件形状是否合格（gé）~合（hé）格工件（jiàn）进人下一个（gè）站(不合格（gé）工件将被剔除)~装配站中的五轴（zhóu）机器人（rén）对气缸进行组装(其中缸体由传送（sòng）带运送，活塞储存在装配站的货盘上（shàng），端盖和弹簧储存在料舱中)~暂存站将（jiāng）装（zhuāng）配好的工件暂存于高（gāo）层仓库中(可按需要将工件放回到传送带上)一由提取站中的机械手上（shàng）下料（liào）装置按工件的颜色将（jiāng）工件从传送带上放人成品分装站中~成品分装站完成成品（pǐn）输出。
   此系（xì）统是一个可以扩展（zhǎn）的可以连接多个工作站的系统，并（bìng）在生产过程中可柔性地面对运行状态且可以按相应的情况控制物流。其主要单元是负责向系（xì）统内个（gè）工作站间输送零件的闭环柔性输（shū）送装置。每（měi）个工（gōng）作站中都（dōu）带有由STEMENS S7一300系列控制器和数字（zì）量vo模块（kuài）组成（chéng）的控制（zhì）板，控制板与工作站的连接通过（guò）一根标准的vo电缆连（lián）接。传送系统的（de）控制也由SIEMENS S7实现。工作站之间的通信由vo接口（kǒu）定义，传送系统（tǒng）内部的数据传送（sòng）由AS一1(执行器和数字传感器组成的网络)总线实现。工作站与传送系统之间的通信通过vo接口定义。在（zài）FMSSo中使用SIEMENS的WinCC对系统进行监（jiān）视，控制（zhì）以及（jí）数据采集。为了实现WinCC和PLC之间的数据交换，该系统采用了Profibus一DP现场总（zǒng）线。WinCC发送（sòng）数据到（dào）PLC，同时从（cóng）PLC接（jiē）收数据信息。通过WinCC在主（zhǔ）机中（zhōng）按照级别的（de）优先权监控每个设备的运行（háng）情况，并且（qiě）通过一根电缆即可完成在线对PLC S7编程和故障诊断。
   该系统（tǒng）包含实际（jì）生产加工的主要功能:来（lái）料分配、工件（jiàn）检（jiǎn）测、工件操作(机械手上下料)、工件加工及处理、质量控制(图像处理)、自动装配(五轴（zhóu）机器人装配)、立（lì）体仓（cāng）库(料（liào）仓)、工件输出、工件分拣、闭环柔性输送装置、数控加工等。使用该系统（tǒng）应可以完成不同复杂程度、各（gè）种主（zhǔ）要课题的教学培训，如（rú）:气动技术、机械技术、通信（xìn）技术、机械（xiè）手技术、传感器技（jì）术、PLC技术、电气/电子技术、自动控制（zhì）技术、传动技术、物流技术、数控技术和系统管理等。
3、模块化工作站：
   构成柔（róu）性制（zhì）造系统FMS50中的各工作站均包括独立的（de）电气和可（kě）编程控（kòng）制（zhì）器单元（yuán），带有一个标准vo接口用于与PLC板的连接。机（jī）械和气（qì）动单元按照各工作站的不同生产功能可以由标（biāo）准模块组装（zhuāng）而（ér）成，灵活性较（jiào）大，气动系（xì）统的控制原理相似。
以工件提取站为例，该（gāi）站完成将工件从传送带上提取并将其放置在加工（gōng）站上的（de）分度盘上的任务。它的主要组（zǔ）成模块是完成x轴运动(运送工件)的无杆气缸A、完成:轴运动（dòng）(提放工件)的扁平气缸(提（tí）升缸)B，气动平行抓手C(抓取工件)和由3片紧凑型阀组成阀岛CPV10及滑槽模（mó）块。气动控制回路（lù）图如图2所示。图中A缸和B缸（gāng）控制回路中的单向节流阀用于控制两缸的行进速度;A缸控制回路中的两（liǎng）个气控单向阀在回路中形成气动锁，是一种安全措施，可（kě）使气缸在系统断电或停气时在任意位置保持不动。阀岛（dǎo）中的3个电磁（cí）阀（fá）C,M,M分别控制气缸A,B,C。其中C型电磁阀由两（liǎng）个常断式单电（diàn）控二位三通电（diàn）磁阀组（zǔ）成;M型电磁阀是单电控二位五通电磁（cí）阀。
   模块（kuài）化工作站的特点是工作站中的小型模块应该能够体现生产加工中的各种单独功（gōng）能或组（zǔ）装加工，采用的控制（zhì）模式与实际生产中相同，每个（gè）工作站均（jun1）包含独立的电气及可编程序控制器（qì）单元且采用标准（zhǔn）的（de）电气接口，每个工作站本身可以单独用于教学实训，每个模块都具有相应的培训（xùn）内（nèi）容，各工作站之间通（tōng）过电缆或总线连接可以形成（chéng）不同形式的柔（róu）性制造（zào）系（xì）统。
4、该（gāi）系统的教学培训理念：
   FMS50系统（tǒng）的模块化设计，可以单独训练PLC编程和机器人操作技术及各工作站，如（rú）工件自动装配、自动输送、缓冲仓储（chǔ）等（děng）。在教学实践中，采用模（mó）块化教学方法，教学的过程从（cóng）基础简单的操（cāo）作和控制逐步扩展到复杂操作的控制（zhì），具体操（cāo）作是将（jiāng）学生分组训练，每组学生要完成从模块的机械、气动与电气元件组装（zhuāng）安装到工作站的气动与电（diàn）气（qì）回路连接，再（zài）根（gēn）据工艺要求进行（háng）PLC编程（chéng），调试、操作、维修及故障排除。在工作站之间的连接和工作站与（yǔ）传送系统的连接过程中，学生（shēng）可以了解（jiě）到vo通（tōng）信和总线控制技术。并且通过监视、控制以及数据采集软件vvn}rcc，了解系统的物流和信息（xī）流运行情况。在整个训练过程中可以使学生（shēng）将所学过的专业（yè）知识加以综合应用，并能培（péi）养学生的学习能力、独立思（sī）考能力及（jí）团（tuán）队合作精神（shén）。由于该系统（tǒng）是开（kāi）放式的，学生可以在训练中加人自己的创新思想，重新组合或开发（fā）新的工作站，组成不同的机电一体化系统。在高层次的训练中，可以对（duì）学生进行诸如远程控制、图像识别、机器人（rén）、交互式仿真系统（tǒng）COS/MIR软件(提供建模、运动仿真及三菱机器人编程仿（fǎng）真)等知识的培训。
5、结（jié）束语：
   这种系统由于（yú）集成真实工业元件、控制系统及软件，且采用的技术均是目前世界上在工业自动化领域内最先进最前沿的技术，具有综合性、模（mó）块化（huà）及可（kě）扩充等特点。它能满足学生不同的技术基（jī）础，具有较好的（de）完整性、灵活性和适用性。实际教学证明，该系统（tǒng）成（chéng）功地（dì）调动和开发（fā）了学（xué）生在机电一体化综（zōng）合应用技术（shù）方面的个人学习潜力和（hé）创新能力，实用性强，能够满足对机电一（yī）体化高级技术人才的培养。

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