教学用智能制造实训平台的制作方法

本发明涉及教学实训设备领域，具体为一种教学用智能制造实训平台。

背景技术：

随着人力成本的不断升高，智能制造的需求越来越大，让学生在实训阶段对智能制造有一定的了解已经是非常有必要的一件事情。在智能制造中，螺母的自动化装配在生产中非常常见，但现有的能够实现螺母自动化装配的实训平台通常结构复杂，体积较大，耗费的教学成本较高。

技术实现要素：

针对现有能够实现螺母自动化装配的实训平台通常结构复杂，体积较大，耗费的教学成本较高的技术问题，本发明提供了一种教学用智能制造实训平台，其能实现螺母自动化装配教学演示，并且体积小，结构简单、紧凑合理，成本低。

其技术方案是这样的：一种教学用智能制造实训平台，其特征在于：其包括工作台和plc控制器，所述工作台的台面上分别安装有机械手以及依次布置于所述机械手四周的立体仓库、传输机构、拧紧机构和成品放置台，所述立体仓库包括货架和堆垛机，所述机械手、所述堆垛机、所述传输机构、所述拧紧机构分别与所述plc控制器电控连接；所述堆垛机用于取下所述货架上的工件并将其放置于所述传输机构上，所述传输机构用于将工件输送至机械手上料位，所述机械手用于抓取所述机械手上料位上的工件并将其放置于所述拧紧机构的工件位上，所述拧紧机构用于向工件上自动拧螺母，所述机械手还用于将拧好螺母的工件转移至所述成品放置台上。

其进一步特征在于：

所述堆垛机包括水平运动机构和升降运动机构；所述水平运动机构包括底板、水平滚珠丝杠、水平驱动装置和水平螺母座，所述底板固定于所述工作台上，所述水平滚珠丝杠的两端分别转动安装于所述底板上的轴承座一上，所述水平驱动装置固定安装于所述底板上并与所述水平滚珠丝杠的一端旋转动力连接，所述水平螺母座套装于所述水平滚珠丝杠上并与所述水平滚珠丝杠的螺母固接，所述水平螺母座的底部两侧还分别通过滑块一与所述底板上的导轨一滑动连接；所述升降运动机构包括支撑架、竖直滚珠丝杠、升降驱动装置和升降螺母座，所述支撑架呈竖向固装于所述水平螺母座的顶面上，所述竖直滚珠丝杠的两端分别转动安装于所述支撑架上的轴承座二上，所述升降驱动装置固定安装于所述支撑架顶部并与所述竖直滚珠丝杠的上端旋转动力连接，所述升降螺母座套装于所述竖直滚珠丝杠上并与所述竖直滚珠丝杠的螺母固接，所述升降螺母座的两侧还分别通过滑块二与所述支撑架上的导轨二滑动连接，所述升降螺母座上还固定安装有气动滑台，所述气动滑台呈水平设置并与所述水平滚珠丝杠垂直，所述气动滑台用于取下所述货架上的工件并将其放置于所述传输机构上；所述水平驱动装置、所述升降驱动装置和所述气动滑台分别与所述plc控制器电控连接。

所述货架包括呈竖向并排且均匀间隔设置的侧板，所述侧板的板面与所述水平滚珠丝杠垂直，所述侧板的下端固定于所述工作台上，所述侧板的顶部通过顶板连接，相邻两个所述侧板的相对板面上正对设置有工装板支撑架，所述工装板支撑架沿所述侧板的高度方向设置有至少两个，正对的两个所述工装板支撑架上支撑有工装板，所述工装板用于定位工件。

所述气动滑台的滑台顶面上固定有阻挡块，所述阻挡块为v型块，所述工装板的与所述阻挡块相对的侧面上开有v型槽，所述气动滑台的滑台可滑动至所述工装板下方且所述阻挡块配合插入所述v型槽。

所述传输机构包括安装架，所述安装架固定于所述工作台上，所述安装架上安装有双同步带循环输送装置，所述双同步带循环输送装置的驱动电机与所述plc控制器电控连接，所述双同步带循环输送装置的两个同步带之间安装有工装板放置架，所述双同步带循环输送装置的靠近所述堆垛机的一端为传输机构上料位，所述气动滑台可将装有工件的所述工装板放置在处于所述传输机构上料位的所述工装板放置架上，所述双同步带循环输送装置的靠近所述拧紧机构的一端为机械手上料位。

所述拧紧机构包括分别配置有驱动装置的x单轴机器人、y单轴机器人和z单轴机器人，所述拧紧机构的三个所述驱动装置分别与所述plc控制器电控连接；所述x单轴机器人、所述y单轴机器人和所述z单轴机器人分别沿x、y、z方向布置，所述y单轴机器人位于所述x单轴机器人下方且二者分别固定于所述工作台上，所述z单轴机器人固定安装在所述x单轴机器人的滑台上；所述z单轴机器人的滑台上固定安装有与所述plc控制器电控连接的风批，所述y单轴机器人的滑台上设有所述工件位；所述工作台上还安装有与所述plc控制器电控连接的螺母上料机构，所述风批用于将所述螺母上料机构上的螺母自动旋拧到工件上。

所述螺母上料机构包括载物台、螺母存放管和推料组件，所述载物台固定安装在所述工作台上，所述螺母存放管呈竖向固定在所述载物台上，所述螺母存放管内可竖向叠放一列螺母，所述螺母存放管的下端沿y方向开有通槽，所述推料组件安装在所述载物台上，用于将所述螺母存放管底部的螺母依次推出所述通槽，被推出的螺母由所述风批自动旋拧到所述工件上。

所述推料组件包括气缸和推块，所述气缸与所述plc控制器电控连接；所述载物台的顶面上沿y方向开有与所述通槽上下正对的导向槽，所述通槽与所述导向槽的高度之和大于一个螺母的高度且小于两个螺母的高度，位于所述螺母存放管底部的螺母可掉入所述导向槽内；所述螺母存放管位于所述风批的y向后侧，所述推块滑动安装于所述导向槽内且其y向后端与所述气缸的活塞杆固定连接，所述气缸固定安装在载物台上用于驱动所述推块在所述导向槽内移动，所述推块的y向前端可伸入所述通槽将所述螺母存放管底部的螺母推出，所述导向槽的y向前侧内还固定安装有螺母止动板。

所述推块的顶面沿y向前后依次包括斜楔面和支撑平面，所述推块的y向前端面的高度小于一个螺母的高度，所述推块的y向前端面和所述螺母止动板的y向后端面分别设有与所述螺母形状相适应的三角槽，所述气缸的活塞杆完全伸出时，所述推块的支撑平面伸入所述螺母存放管用于支撑所述螺母存放管内的螺母，被所述推块推出的螺母抵靠于所述螺母止动板的三角槽内，所述风批可向下抓取所述三角槽内的螺母并将其自动旋拧到所述工件上。

所述工作台上还安装有显示屏和五位按钮盒，所述显示屏和所述五位按钮盒分别与所述plc控制器电连接。

本发明的有益效果是：

本发明的教学用智能制造实训平台，在工作台上分别设置了机械手、立体仓库、传输机构、拧紧机构和成品放置台，并配置plc控制器实现机械手、立体仓库的堆垛机、传输机构和拧紧机构的自动动作及工件转运动作，从而能够对取工件、输送工件、机械手上料、拧螺母、机械手下料的整个智能装配过程进行教学演示，达到良好的教学效果，本实训平台占地体积小，结构设置紧凑合理、简单，成本低。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明的立体仓库的主视图；

图4为本发明的立体仓库的整体结构示意图；

图5为本发明的传输机构的整体结构示意图；

图6为本发明的拧紧机构的主视图；

图7为本发明的拧紧机构的整体结构示意图；

图8为图7中a区域的放大图；

图9为推块的整体结构示意图。

附图标记：1-工作台；2-机械手；3-传输机构；4-拧紧机构；5-成品放置台；6-工件；7-螺母；8-显示屏；9-五位按钮盒；10-货架；11-侧板；12-顶板；13-工装板支撑架；14-工装板；15-v型槽；20-水平运动机构；21-底板；22-水平滚珠丝杠；23-水平驱动装置；24-水平螺母座；25-轴承座一；26-滑块一；27-导轨一；30-升降运动机构；31-支撑架；32-竖直滚珠丝杠；33-升降驱动装置；34-升降螺母座；35-轴承座二；36-滑块二；37-导轨二；40-气动滑台；41-滑台；42-阻挡块；43-阻挡块安装孔；50-安装架；51-双同步带循环输送装置；52-驱动电机；53-工装板放置架；54-同步轮；60-驱动装置；61-x单轴机器人；62-y单轴机器人；63-z单轴机器人；64-风批；65-支撑柱；70-螺母上料机构；71-载物台；72-螺母存放管；73-通槽；74-气缸；75-推块；76-导向槽；77-螺母止动板；78-三角槽；751-斜楔面；752-支撑平面。

具体实施方式

见图1至图9，本发明的一种教学用智能制造实训平台，其包括工作台1和plc控制器，工作台1的台面上分别安装有机械手2以及依次布置于机械手四周的立体仓库、传输机构3、拧紧机构4和成品放置台5，机械手2属于现有技术，立体仓库包括货架10和堆垛机，机械手2、堆垛机、传输机构3、拧紧机构4分别与plc控制器电控连接；堆垛机用于取下货架10上的工件6并将其放置于传输机构3上，传输机构3用于将工件6输送至机械手上料位，机械手2用于抓取机械手上料位上的工件6并将其放置于拧紧机构4的工件位上，拧紧机构4用于向工件6上自动拧螺母7，机械手2还用于将拧好螺母7的工件6转移至成品放置台5上。

见图1至图4，堆垛机包括水平运动机构20和升降运动机构30；水平运动机构20包括底板21、水平滚珠丝杠22、水平驱动装置23和水平螺母座24，底板21固定安装于工作台1上，水平滚珠丝杠22的两端分别转动安装于底板21上的轴承座一25上，水平驱动装置23为伺服电机，其固定安装于底板21上且其输出轴与水平滚珠丝杠22的一端固定连接，水平螺母座24套装于水平滚珠丝杠22上并与水平滚珠丝杠22的螺母固接，水平螺母座24的底部两侧还分别通过滑块一26与底板21上的导轨一27滑动连接，导轨一27对称设置在水平滚珠丝杠22的两侧并与水平滚珠丝杠22平行设置；升降运动机构30包括支撑架31、竖直滚珠丝杠32、升降驱动装置33和升降螺母座34，支撑架31呈竖向固装于水平螺母座24的顶面上，竖直滚珠丝杠32的两端分别转动安装于支撑架31上的轴承座二35上，升降驱动装置33为伺服电机，其固定安装于支撑架31顶部且其输出轴与竖直滚珠丝杠32的上端固定连接，升降螺母座34套装于竖直滚珠丝杠32上并与竖直滚珠丝杠32的螺母固接，升降螺母座34的两侧还分别通过滑块二36与支撑架31上的导轨二37滑动连接，导轨二37对称设置在竖直滚珠丝杠32的两侧并与竖直滚珠丝杠32平行设置，升降螺母座34上还固定安装有气动滑台40，气动滑台40呈水平设置并与水平滚珠丝杠22垂直，气动滑台40用于取下货架10上的工件6并将其放置于传输机构4上；水平驱动装置23、升降驱动装置33和气动滑台40分别与plc控制器电控连接。本发明采用的堆垛机，其水平运动机构和升降运动机构均通过滚珠丝杠进行传动，并且滚珠丝杠的螺母上均安装有螺母座，螺母座又通过滑块滑动安装于导轨上，结构设置紧凑合理，且滚珠丝杠与导轨的同时设置能够有效确保水平移动和升降移动的稳定性和精确性，从而确保气动滑台能够稳定、精确的取下工件，提高教学效果。

见图4，货架10包括呈竖向并排且均匀间隔设置的侧板11，侧板11的板面与水平滚珠丝杠22垂直，侧板11的下端固定于工作台1上，侧板11的顶部通过顶板12连接，相邻两个侧板11的相对板面上正对设置有工装板支撑架13，工装板支撑架13沿侧板11的高度方向设置有至少两个，正对的两个工装板支撑架13上支撑有工装板14，工装板14用于定位工件6。如此设计，货架结构简单，工装板支撑于工装板支撑架上，便于取下。

见图4，气动滑台40的滑台41顶面上固定有阻挡块42，阻挡块42为v型块，工装板14的与阻挡块42相对的侧面上开有v型槽15，气动滑台40的滑台41可滑动至工装板14下方且阻挡块42配合插入v型槽15，从而气动滑台可以将工装板连同工件一起取下。为了便于调节阻挡块的位置，气动滑台40的滑台41上沿其长度方向间隔开有若干组阻挡块安装孔43，阻挡块42可通过螺钉固定安装于任一组阻挡块安装孔43上。如此设计，当取货架上的工件时，气动滑台在水平运动机构和升降运动机构的驱动下到达货架的指定位置，然后气动滑台的滑台伸入工装板下方，阻挡块插入v型槽实现对工装板定位，然后气动滑台即可将工装板及其上的工件一起取下货架；阻挡块安装孔的设计，使得阻挡块与工装板之间的距离可根据实际安装情况任意调节，使取工件更加方便。

见图1、图2和图5，传输机构3包括安装架50，安装架50固定于工作台1上，安装架50上安装有双同步带循环输送装置51，双同步带循环输送装置属于现有技术，双同步带循环输送装置51的驱动电机52与plc控制器电控连接，双同步带循环输送装置51的两个同步带之间安装有工装板放置架53，双同步带循环输送装置51的靠近堆垛机的一端为传输机构上料位，气动滑台40可将装有工件6的工装板14放置在处于传输机构上料位的工装板放置架53上，双同步带循环输送装置51的靠近拧紧机构4的一端为机械手上料位。图5中54为双同步带循环输送装置的同步轮。

见图2、图6和图7，拧紧机构4包括分别配置有驱动装置60的x单轴机器人61、y单轴机器人62和z单轴机器人63，拧紧机构4的三个驱动装置60均为伺服电机且分别与plc控制器电控连接；x单轴机器人61、y单轴机器人62和z单轴机器人63分别沿x、y、z方向布置，x单轴机器人2的两端分别通过支撑柱65固定安装在工作台1上，y单轴机器人62位于x单轴机器人61下方且固定于工作台1上，z单轴机器人63固定安装在x单轴机器人62的滑台上；z单轴机器人63的滑台上固定安装有与plc控制器电控连接的风批64，y单轴机器人62的滑台上设有工件位；工作台1上还安装有与plc控制器电控连接的螺母上料机构70，螺母上料机构70位于x单轴机器人61下方，风批64用于将螺母上料机构70上的螺母7自动旋拧到工件6上。本发明所用的拧紧机构沿x、y、z方向分别设置了一个单轴机器人，其中y单轴机器人可控制工件沿y向移动，x单轴机器人和z单轴机器人配合控制风批沿x向和z向移动，从而风批可以抓取螺母上料机构上的螺母并将其自动旋拧到工件上，完成螺栓螺母的自动装配，整个拧紧机构结构简单，体积小，教学效果好，成本低；同时，通过风批自动旋拧螺母，其使用气源，清洁环保；通过将y单轴机器人与x单轴机器人和z单轴机器人分开装配，使得x单轴机器人所承受的力矩减小，可选择更小型号的单轴机器人，降低成本。

见图8，螺母上料机构70包括载物台71、螺母存放管72和推料组件，载物台71固定安装在工作台1上，螺母存放管72呈竖向固定在载物台71上，螺母存放管72内可竖向叠放一列螺母7，螺母存放管72的下端沿y方向开有通槽73，推料组件安装在载物台71上，用于将螺母存放管72底部的螺母7依次推出通槽73，被推出的螺母7由风批64自动旋拧到工件6上。如此设计，螺母上料机构结构简单，占用空间小。

见图6至图8，推料组件包括气缸74和推块75，气缸74与plc控制器电控连接；载物台71的顶面上沿y方向开有与通槽73上下正对的导向槽76，通槽73与导向槽76的高度之和大于一个螺母7的高度且小于两个螺母7的高度，位于螺母存放管72底部的螺母7可掉入导向槽76内；螺母存放管72位于风批64的y向后侧，推块75滑动安装于导向槽76内且其y向后端与气缸74的活塞杆固定连接，气缸74固定安装在载物台71上用于驱动推块75在导向槽76内移动，推块75的y向前端可伸入通槽73将螺母存放管72底部的螺母7推出，导向槽76的y向前侧内还固定安装有螺母止动板77。如此设计，推料组件结构简单，导向槽的设置可以确保螺母更好的被推出螺母存放管。

见图6至图9，推块75的顶面沿y向前后依次包括斜楔面751和支撑平面752，推块75的y向前端面的高度小于一个螺母7的高度，推块75的y向前端面和螺母止动板77的y向后端面分别设有与螺母7形状相适应的三角槽78，气缸74的活塞杆完全伸出时，推块75的支撑平面752伸入螺母存放管72用于支撑螺母存放管72内的螺母7，被推块75推出的螺母7抵靠于螺母止动板77的三角槽内，风批64可向下抓取三角槽内的螺母7并将其自动旋拧到工件6上。如此设计，可有效确保每次只推出一个螺母，并将螺母推出至指定位置，便于风批抓取螺母。

见图1至图2，工作台1上还安装有显示屏8和五位按钮盒9，显示屏8和五位按钮盒9分别与plc控制器电连接。

见图1至图7，本发明的实训平台中，工作台1、安装架50、支撑柱65、载物台71以及成品放置台5均由铝合金型材搭建而成，如此设计，便于各部件之间的组装。