CN110459120A - 一种智能制造生产线教学设备平台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及智能制造教学平台技术领域，尤其是指一种智能制造生产线教学设备平台，其包括工作台以及均设置在工作台的数控铣削加工单元、数控车削加工单元、数字化立体料仓单元、机器人单元、快换机械手单元、计算机***单元和智能产线总控单元，所述数控铣削加工单元、数控车削加工单元、数字化立体料仓单元、机器人单元、计算机***单元均与智能产线总控单元信号连接。本发明结构新颖，设计巧妙，能够体现智能制造生产线技术的优势,增加设备的使用柔性,具备教学过程中多样性的优点,能够满足院校常规教学学习、相关竞赛的训练需求，培养智能制造技术的相关人才，减少设备占用体积。
Description
技术领域
本发明涉及智能制造教学平台技术领域，尤其是指一种智能制造生产线教学设备平台。
背景技术
随着经济的发展，社会的进步，智能制造已成为全球制造业发展趋势，是新一轮工业革命的核心。能制造是指将物联网、大数据、云计算等新一代信息技术与生产、管理、服务等活动的各个环节融合，具有自感知、自决策、自执行等功能的先进制造过程、***、模式的总称。智能制造主要包括智能制造装备、智能控制***、智能工业网络、智能决策管理和智能制造技术应用等五大领域。目前以智能制造装备运动轨迹与生产制造工艺有机结合为特征的切削加工领域“智能制造单元”技术在全国机械行业得到广泛应用。
但是，由于切削加工智能制造生产线集成生产型高档数控机床、六关节七轴工业机器人、生产型立体料仓、智能检测***、运动控制***、PLC控制***、MES***、可视化***和计算机网络于一体。切削加工智能制造单元存在价格高昂、占地面积大、能耗大、噪音大等缺点，这对于院校开展智能制造技术的教学学习，存在种种困难，阻碍了智能制造技术人才的培养。
发明内容
本发明针对现有技术的问题提供一种智能制造生产线教学设备平台，结构新颖，设计巧妙，能够体现智能制造生产线技术的优势,增加设备的使用柔性,具备教学过程中多样性的优点,能够满足院校常规教学学习、相关竞赛的训练需求，培养智能制造技术的相关人才，减少设备占用体积。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供的一种智能制造生产线教学设备平台，包括工作台以及均设置在工作台的数控铣削加工单元、数控车削加工单元、数字化立体料仓单元、机器人单元、快换机械手单元、计算机***单元和智能产线总控单元，所述数控铣削加工单元、数控车削加工单元、数字化立体料仓单元、机器人单元、计算机***单元均与智能产线总控单元信号连接。
其中，所述数控铣削加工单元包括数控铣床机械模块、铣床数控***模块以及铣削伺服控制模块；所述铣削伺服控制模块用于对数控铣床机械模块进行控制，所述数控铣床机械模块用于对工件进行加工处理，所述铣床数控***模块用于对铣削伺服控制模块进行控制。
其中，所述数控车削加工单元包括数控车床机械模块、车床数控***模块以及车削伺服控制模块；所述车削伺服控制模块用于对数控车床机械模块进行控制，所述数控车床机械模块用于对工件进行加工处理，所述车床数控***模块用于对车削伺服控制模块进行控制。
其中，所述机器人单元包括六轴机器人、机器人导轨、机器人控制器以及RFID读写器，所述RFID读写器装设在六轴机器人的输出端，所述机器人导轨装设在工作台上，所述六轴机器人滑动设置于所述机器人导轨，所述机器人控制器固定在工作台上并用于控制所述六轴机器人工作。
其中，所述快换机械手单元包括快换支架、第一手抓、第二手抓以及第三手抓，快换支架固定在工作台上，快换支架设置有三个U型槽，第一手抓、第二手抓以及第三手抓分别装设在三个U型槽内。
其中，所述智能产线总控单元包括总控控制盒以及与总控控制盒电连接的总控控制模块，所述总控控制盒设置有触摸屏、启动按钮、停止按钮、复位按钮和急停按钮，所述总控控制盒固定在工作台上。
其中，所述计算机***单元与智能产线总控单元信号连接，所述计算机***单元包括三台显示器、三个键盘以及三台电脑主机，显示器、键盘以及电脑主机一一对应；显示器、键盘以及电脑主机均装设在工作台上。
其中，所述数字化立体料仓单元包括料仓架以及从上至下依次间隔设置在料仓架的多层支撑板，每层支撑板上均设置有若干个仓位，每个仓位上设置有用于放置工件的物料座以及用于检测所述物料座是否放置工件的传感器，所述料仓架的前端面设置有多个RFID电子标签，RFID电子标签与所述仓位一一对应，RFID电子标签用于记录仓位的工件的加工信息；所述料仓架的后端面设置有多个LED状态指示灯，LED状态指示灯与所述仓位一一对应，LED状态指示灯用于显示仓位的工件的加工状态。
其中，所述物料座包括方料工件物料座，所述方料工件物料座包括方料底座和放置在方料底座上的方料托盘，所述方料底座与支撑板可拆卸连接，所述方料托盘的上端面环设有四个限位块，四个限位块之间形成用于容设方料工件的容槽，限位块上贯穿设置有至少一个螺纹孔，螺纹孔内螺接有螺栓，螺栓从螺纹孔突伸出所述容槽；
所述方料底座上还设置有方形卡槽，所述方料托盘的底部设置有用于与方形卡槽配合卡接的方形凸台；
所述方料底座设置有多个固定孔，所述支撑板贯穿设置有多个安装孔，所述固定孔内和所述安装孔内均设置有内螺纹，固定孔与安装孔对应设置，支撑板通过螺丝与安装孔和固定孔螺接后与所述方料底座固定。
其中，所述物料座还包括棒料工件物料座，所述棒料工件物料座底部设置有圆柱凸台，所述支撑板上设置有用于与圆柱凸台卡接的圆柱卡孔；所述棒料工件物料座上设置有用于容设圆棒工件的圆环孔，所述圆环孔的中部凹陷设置有沉孔。
本发明的有益效果：
本发明结构新颖，设计巧妙，在使用过程中,能够体现智能制造生产线技术的优势,增加设备的使用柔性,具备教学过程中多样性的优点,能够满足院校常规教学学习、相关竞赛的训练需求，培养智能制造技术的相关人才，利用计算机***单元的设置可以减少设备占用体积。
附图说明
图1为本发明的一种智能制造生产线教学设备平台的结构示意图。
图2为本发明的一种智能制造生产线教学设备平台的另一视角结构示意图。
图3为本发明的快换机械手单元的结构示意图。
图4为本发明的数字化立体料仓单元的结构示意图。
图5为本发明的数字化立体料仓单元的另一视角结构示意图。
图6为本发明的方料工件物料座的结构示意图。
图7为本发明的方料工件物料座的另一视角结构示意图。
图8为本发明的方料底座的结构示意图。
图9为本发明的料仓架的结构示意图。
图10为本发明的棒料工件物料座的剖视图。
在图1至图10中的附图标记包括：
1—料仓架 2—支撑板 3—传感器
4—RFID电子标签 5—LED状态指示灯 6—方料工件物料座
7—方料底座 8—方料托盘 9—限位块
10—螺纹孔 11—螺栓 12—方形卡槽
13—方形凸台 14—固定孔 15—安装孔
16—棒料工件物料座 17—圆柱凸台 18—圆柱卡孔
19—圆环孔 20—沉孔 21—工作台
22—数字化立体料仓单元 23—数控铣床机械模块
24—铣床数控***模块 25—铣削伺服控制模块
26—数控车床机械模块 27—车床数控***模块
28—车削伺服控制模块 29—六轴机器人 30—机器人导轨
31—机器人控制器 32—RFID读写器 33—快换支架
34—第一手抓 35—第二手抓 36—第三手抓
37—U型槽 38—总控控制盒 39—总控控制模块
40—显示器 41—键盘 42—电脑主机
43—万向轮。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。以下结合附图对本发明进行详细的描述。
一种智能制造生产线教学设备平台，如图1至图10所示，包括工作台21以及均设置在工作台21的数控铣削加工单元、数控车削加工单元、数字化立体料仓单元22、机器人单元、快换机械手单元、计算机***单元和智能产线总控单元，所述数控铣削加工单元、数控车削加工单元、数字化立体料仓单元22、机器人单元、计算机***单元均与智能产线总控单元信号连接。具体地，所述数控铣削加工单元、数控车削加工单元、数字化立体料仓单元22、机器人单元、计算机***单元均可以通过工业以太网与智能产线总控单元实现信号连接，在工作台21上实现加工工艺流程的展示，数字化立体料仓单元22用于对工件进行存放；本发明结构新颖，设计巧妙，在使用过程中,能够体现智能制造生产线技术的优势,增加设备的使用柔性,具备教学过程中多样性的优点,能够满足院校常规教学学习、相关竞赛的训练需求，培养智能制造技术的相关人才，利用计算机***单元的设置可以减少设备占用体积。
优选地，所述工作台21的底部设置有万向轮43，万向轮43具有锁止功能，方便工作台21位置移动与固定。
本实施例所述的一种智能制造生产线教学设备平台，所述数控铣削加工单元包括数控铣床机械模块23、铣床数控***模块24以及铣削伺服控制模块25；所述铣削伺服控制模块25用于对数控铣床机械模块23进行控制，所述数控铣床机械模块23用于对工件进行加工处理，所述铣床数控***模块24用于对铣削伺服控制模块25进行控制。具体地，数控铣削加工单元具有以太网接口，通过计算机***单元中的MES***能实现数控铣床的远程启动、加工程序可上传到铣床内存；数控铣削加工单元具有与智能产线总控单元连接的I/O接口，实现设备平台的一键复位功能。数控铣削加工单元具有铣床数控***模块24发送指令给铣削伺服控制模块25，铣削伺服控制模块25控制数控铣床机械模块23，实现工件的夹紧、切削加工、工件在线测量、返修、工件的松开；其中，所述数控铣削加工单元可以为现有技术中任一种可以实现以上效果的结构。
本实施例所述的一种智能制造生产线教学设备平台，所述数控车削加工单元包括数控车床机械模块26、车床数控***模块27以及车削伺服控制模块28；所述车削伺服控制模块28用于对数控车床机械模块26进行控制，所述数控车床机械模块26用于对工件进行加工处理，所述车床数控***模块27用于对车削伺服控制模块28进行控制。具体地，数控车削加工单元具有以太网接口，通过计算机***单元中的MES***能实现数控车床的远程启动、加工程序可上传到车床内存；数控车削加工单元具有与智能产线总控单元连接的I/O接口，实现设备平台的一键复位功能。数控车削加工单元具有车床数控***发送指令给车削伺服控制模块28，伺服控制模块控制数控车床机械模块26，实现工件的夹紧、切削加工、工件的松开；其中，所述数控车削加工单元可以为现有技术中任一种可以实现以上效果的结构。
本实施例所述的一种智能制造生产线教学设备平台，所述快换机械手单元包括快换支架33、第一手抓34、第二手抓35以及第三手抓36，快换支架33固定在工作台21上，快换支架33设置有三个U型槽37，第一手抓34、第二手抓35以及第三手抓36分别装设在三个U型槽37内。具体地，快换机械手单元实现第一手抓34、第二手抓35以及第三手抓36的存放。
本实施例所述的一种智能制造生产线教学设备平台，所述机器人单元包括六轴机器人29、机器人导轨30、机器人控制器31以及RFID读写器32，所述RFID读写器32装设在六轴机器人29的输出端，所述机器人导轨30装设在工作台21上，所述六轴机器人29滑动设置于所述机器人导轨30，所述机器人控制器31固定在工作台21上并用于控制所述六轴机器人29工作。具体地，六轴机器人29在机器人控制器31的控制下实现六轴机器人29的六轴转动，机器人导轨30实现六轴机器人29整体在第七轴的直线运动，即沿着机器人导轨30移动，机器人单元具有以太网接口，机器人单元具有与智能产线总控单元连接的I/O接口；机器人单元实现取、放第一手抓34、第二手抓35以及第三手抓36，立体料仓取料、放料，读、写工件信息，车床上料、取料，铣床上料、取料。
本实施例所述的一种智能制造生产线教学设备平台，所述智能产线总控单元包括总控控制盒38以及与总控控制盒38电连接的总控控制模块39，所述总控控制盒38设置有触摸屏、启动按钮、停止按钮、复位按钮和急停按钮，所述总控控制盒38固定在工作台21上。具体地，智能产线总控单元实现周边设备的及机器人的I/O通讯控制，实现***逻辑控制及数据处理。具体地，所述智能产线总控单元为现有技术，此处不在赘述。
本实施例所述的一种智能制造生产线教学设备平台，所述计算机***单元与智能产线总控单元信号连接，所述计算机***单元包括三台显示器40、三个键盘41以及三台电脑主机42，显示器40、键盘41以及电脑主机42一一对应；显示器40、键盘41以及电脑主机42均装设在工作台21上。具体地，计算机***单元中三台电脑分别运行MES***、PLC编程***以及CAM***。计算机***单元与智能产线总控单元以太网接口联结，实现智能产线总控单元PLC程序编写、上传与下载，加工工件的自动编程，实现自动化加工订单管理、自动制造执行。
本实施例所述的一种智能制造生产线教学设备平台，所述数字化立体料仓单元包括料仓架1以及从上至下依次间隔设置在料仓架1的多层支撑板2，每层支撑板2上均设置有若干个仓位，每个仓位上设置有用于放置工件的物料座以及用于检测所述物料座是否放置工件的传感器3，所述料仓架1的前端面设置有多个RFID电子标签4，RFID电子标签4与所述仓位一一对应，RFID电子标签4用于记录仓位的工件的加工信息；所述料仓架1的后端面设置有多个LED状态指示灯5，LED状态指示灯5与所述仓位一一对应，LED状态指示灯5用于显示仓位的工件的加工状态。具体地，本发明的LED状态指示灯5和RFID电子标签4可以与外界控制器信号连接，RFID电子标签4可以对物料工件状态信息进行存储，方便用户随时查看，而LED状态指示灯5可以分别用不同的颜色指示物料工件的加工状态，加工状态可以包括但不限位于为“有料状态”、“加工前状态”、“加工中状态”、“加工后状态”、“报错状态”；其中所述传感器3可以为光电传感器3；物料座用于放置和固定物料工件，本发明结构新颖，设计巧妙，实现物料工件的存放，通过传感器3实现有无物料工件的检测，通过RFID电子标签4实现工件状态信息存储，通过LED状态指示灯5实现料仓中工件状态信息显示，有利于实现智能制造教学平台的立体料仓的数字化和智能化管理。
优选地，多层支撑板2上至下依次等间隔设置在料仓架1。
本实施例所述的一种智能制造生产线教学设备平台，所述物料座包括方料工件物料座6，所述方料工件物料座6包括方料底座7和放置在方料底座7上的方料托盘8，所述方料底座7与支撑板2可拆卸连接，所述方料托盘8的上端面环设有四个限位块9，四个限位块9之间形成用于容设方料工件的容槽，限位块9上贯穿设置有至少一个螺纹孔10，螺纹孔10内螺接有螺栓11，螺栓11从螺纹孔10突伸出所述容槽。具体地，通过四个限位块9形成容槽对方料工件进行容置，便于利用螺栓11的设置，通过转动螺栓11可以压紧容槽内的方料工件，实现对方料工件的夹紧；
所述方料底座7上还设置有方形卡槽12，所述方料托盘8的底部设置有用于与方形卡槽12配合卡接的方形凸台13。具体地，上述设置有便于方料托盘8组装至方料底座7上，组装精确度高；
所述方料底座7设置有多个固定孔14，所述支撑板2贯穿设置有多个安装孔15，所述固定孔14内和所述安装孔15内均设置有内螺纹，固定孔14与安装孔15对应设置，支撑板2通过螺丝与安装孔15和固定孔14螺接后与所述方料底座7固定。具体地，上述设置有方便方料底座7与支撑板2的安装，实现可拆卸连接。
本实施例所述的一种智能制造生产线教学设备平台，所述物料座还包括棒料工件物料座16，所述棒料工件物料座16底部设置有圆柱凸台17，所述支撑板2上设置有用于与圆柱凸台17卡接的圆柱卡孔18。具体地，通过圆柱凸台17与圆柱卡孔18的卡接，实现棒料工件物料座16的安装，便于组装和拆卸。
所述棒料工件物料座16上设置有用于容设圆棒工件的圆环孔19，所述圆环孔19的中部凹陷设置有沉孔20。具体地，圆环孔19用于放置和容设圆棒工件，而沉孔20的设置可以形成避空位，避空棒状工件中心的残留。
一种智能制造生产线教学设备平台，实现以下功能：
1.数控机床的安装与调试：实现数控***与外部***的互联互通，对数控车床、加工中心的气动门、动力夹具进行控制，做好刀具安装及对刀、机床参数调试等加工前的准备工作。
2.在线检测单元的安装与调试：实现加工中心在线测量***(测头)对提供的标准零部件进行在线测量，测量数据通过以太网上传，并实现RFID数据初始化。及机内摄像头的安装与调试。
3.工业机器人的安装调试和编程：实现工业机器人夹具、气动部件等外部设备的安装与调试，进行工业机器人(含第七轴)与数控机床、立体仓库等设备动作的编程和调试，实现I/O链接和通信。
4.切削加工智能制造控制***的安装与调试：实现完成基于PLC控制***的编程、安装和调试。实现工业机器人(含第七轴)的运动，从立体仓库取出待加工毛坯，同时读取RFID数据，送至数控设备，加工、在线测量后，再由机器人送回立体仓库规定的仓位中。通过控制程序，工业机器人与数控设备之间能协调运行，实现自动开关门、自动装夹等调试运行等。
5.规定零部件切削试运行：实现整个智能制造单元进行试运行、对简单样件手工编程和试加工。
6.零件的智能加工和生产：实现MES***下达工单，完成规定零部件的自动加工与生产。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种智能制造生产线教学设备平台，其特征在于：包括工作台以及均设置在工作台的数控铣削加工单元、数控车削加工单元、数字化立体料仓单元、机器人单元、快换机械手单元、计算机***单元和智能产线总控单元，所述数控铣削加工单元、数控车削加工单元、数字化立体料仓单元、机器人单元、计算机***单元均与智能产线总控单元信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种智能制造生产线教学设备平台，其特征在于：所述数控铣削加工单元包括数控铣床机械模块、铣床数控***模块以及铣削伺服控制模块；所述铣削伺服控制模块用于对数控铣床机械模块进行控制，所述数控铣床机械模块用于对工件进行加工处理，所述铣床数控***模块用于对铣削伺服控制模块进行控制。
3.根据权利要求1所述的一种智能制造生产线教学设备平台，其特征在于：所述数控车削加工单元包括数控车床机械模块、车床数控***模块以及车削伺服控制模块；所述车削伺服控制模块用于对数控车床机械模块进行控制，所述数控车床机械模块用于对工件进行加工处理，所述车床数控***模块用于对车削伺服控制模块进行控制。
4.根据权利要求1所述的一种智能制造生产线教学设备平台，其特征在于：所述机器人单元包括六轴机器人、机器人导轨、机器人控制器以及RFID读写器，所述RFID读写器装设在六轴机器人的输出端，所述机器人导轨装设在工作台上，所述六轴机器人滑动设置于所述机器人导轨，所述机器人控制器固定在工作台上并用于控制所述六轴机器人工作。
5.根据权利要求1所述的一种智能制造生产线教学设备平台，其特征在于：所述快换机械手单元包括快换支架、第一手抓、第二手抓以及第三手抓，快换支架固定在工作台上，快换支架设置有三个U型槽，第一手抓、第二手抓以及第三手抓分别装设在三个U型槽内。
6.根据权利要求1所述的一种智能制造生产线教学设备平台，其特征在于：所述智能产线总控单元包括总控控制盒以及与总控控制盒电连接的总控控制模块，所述总控控制盒设置有触摸屏、启动按钮、停止按钮、复位按钮和急停按钮，所述总控控制盒固定在工作台上。
7.根据权利要求1所述的一种智能制造生产线教学设备平台，其特征在于：所述计算机***单元与智能产线总控单元信号连接，所述计算机***单元包括三台显示器、三个键盘以及三台电脑主机，显示器、键盘以及电脑主机一一对应；显示器、键盘以及电脑主机均装设在工作台上。
8.根据权利要求1所述的一种智能制造生产线教学设备平台，其特征在于：所述数字化立体料仓单元包括料仓架以及从上至下依次间隔设置在料仓架的多层支撑板，每层支撑板上均设置有若干个仓位，每个仓位上设置有用于放置工件的物料座以及用于检测所述物料座是否放置工件的传感器，所述料仓架的前端面设置有多个RFID电子标签，RFID电子标签与所述仓位一一对应，RFID电子标签用于记录仓位的工件的加工信息；所述料仓架的后端面设置有多个LED状态指示灯，LED状态指示灯与所述仓位一一对应，LED状态指示灯用于显示仓位的工件的加工状态。
9.根据权利要求8所述的一种智能制造生产线教学设备平台，其特征在于：所述物料座包括方料工件物料座，所述方料工件物料座包括方料底座和放置在方料底座上的方料托盘，所述方料底座与支撑板可拆卸连接，所述方料托盘的上端面环设有四个限位块，四个限位块之间形成用于容设方料工件的容槽，限位块上贯穿设置有至少一个螺纹孔，螺纹孔内螺接有螺栓，螺栓从螺纹孔突伸出所述容槽；
所述方料底座上还设置有方形卡槽，所述方料托盘的底部设置有用于与方形卡槽配合卡接的方形凸台；
所述方料底座设置有多个固定孔，所述支撑板贯穿设置有多个安装孔，所述固定孔内和所述安装孔内均设置有内螺纹，固定孔与安装孔对应设置，支撑板通过螺丝与安装孔和固定孔螺接后与所述方料底座固定。
10.根据权利要求8所述的一种智能制造生产线教学设备平台，其特征在于：所述物料座还包括棒料工件物料座，所述棒料工件物料座底部设置有圆柱凸台，所述支撑板上设置有用于与圆柱凸台卡接的圆柱卡孔；
所述棒料工件物料座上设置有用于容设圆棒工件的圆环孔，所述圆环孔的中部凹陷设置有沉孔。
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