专利名称：一种自动生产线拆装与调试实训装置的制作方法
技术领域：
本实用新型所属的是教学领域，体现的是一种用于实训教学的模拟装置，
具体体现的是一种能够模仿工件加工、装配、运输的自动生产线拆装与调试
实训装置。
背景技术：
上世纪80年代开始，可编程控制器的崛起就以不可阻挡的态势推动着现 代工业的飞速发展。PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操 作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，并能通过数字式或模拟式的 输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
基于PLC使现代工业的自动化程度越来越高，基于"以职业活动为导向"
的新型实训教学越来越注重学生能否适应现代工业的技能要求，各大中专、 中高职院校功课纷纷开设了工业自动化类课程，但是专业课教学如何开展是 让很多老师比较头疼的问题，总不能把学生带到工厂去上课吧？这种情况下， 就非常需要一种能够辅助老师把工业生产自动化生产线解释清楚的实训教学装置。
实用新型内容
为解决上述问题，帮助老师达到教学目的是提供一种自动生产线拆装与调 试实训装置。其为让学生有更多的感性认识，本实用新型将整个工件加工、 拆装、分拣、运输的自动化生产线的工作过程模拟出来。其通过电机的带动 或气缸的推动对一种特殊的工件进行加工、装配，并通过感应工件的颜色进 行分拣、运输，实现整套自动化生产线的工序的模拟。本实用新型实际上就是相当于把工业制造的现场带到了实训教学的教室来了，让学生在实训室就
可以完成必须要到真正工作现场才能达到的学习效果。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案提供了 一种自动生产线拆装与
调试实训装置，它包含了一个控制单元和五个执行单元。
所述控制单元为箱式结构，为本装置提供电源，为三相交流异步电机、
步进电机提供驱动器，并处理各感应机构的信号然后发送命令通过电路和气
路实现对个各个执行单元的时序逻辑控制。
所述所述执行单元包含三个系统感应系统、执行系统、物料中转系统。 所述感应系统具体表现为电路连接，传感器通过电路为CPU提供感应信
息；
所述执行系统具体表现有气路连接也有电路连接CPU通过电路控制电 机来带动转轴或传送带；CPU通过电磁阀来控制气路来推动气缸或气爪； 所述物料中转系统具体表现为中转台、料槽，用于存放工件。 所述五个执行单元具体表现分别为 一井式上料单元、 一龙门结构的加 工单元、 一多工位旋转装配单元、 一可直线移动的四自由度机械手单元、一 物料分拣单元。
所述井式上料单元包含 一工件库、 一推料气缸、 一工件中转台、三判 定传感器；工件库为一中空圆柱体结构，顶部为入料口，底部为出料口。所 述出料口有一判定传感器一，用以感应工件是否到位；判定传感器一上部还 有一判定传感器二，用以感应工件库是否有工件；推料气缸安装在所述出料 口一侧，用以将工件推至出料口另一侧工件中转台；工件中转台底部装有--判定传感器三，用以感应工件是否到位。
所述龙门结构加工单元包含 一龙门支架、 一加工机构、 一送料机构； 龙门支架为一门形，且门的横梁上有一条横的间隙，用于安装加工机构并可 在上面移动以调整位置；加工机构由一步进电机、 一薄形气缸、 一直流电机构成，步进电机装在龙门支架一侧，高度与间隙平齐，用以带动薄形气缸水
平移动；薄形气缸下部固接一直流电机，电机轴垂直向下，用以给工件加工； 送料机构由一步进电机、 一丝杆、 一气动手爪构成，步进电机固接在所述龙 门支架正下方同轴带动一丝杆，丝杆上装有一气动手爪，气动手爪由丝杆推 动；丝杆与龙门支架垂直安装。
所述多工位旋转装配单元包含 一供料机构、 一旋转送料机构、 一装配 机构；旋转送料机构为一托盘形式旋转装置，托盘设置三个工位，呈等边三 角形分布，其下部同轴安装一伺服电机，用以带动所述转盘切换工位；供料 机构安装在一工位正上方，由一井式工件库、两托料气缸、构成；工件库出 料口正对着下方所属工位，托料气缸一装在工件库一侧，用以控制工件的下 落；托料气缸二安装在托料气缸一下方工件库根部，用以释放工件到工位； 装配机构并排安装在供料机构一侧，在另一工位正上方，由一薄形气缸构成， 用以将装配工件打紧在被装配工件上。
所述物料分拣单元包含 一皮带传送机构、 一检测机构、两料槽；皮带 传送机构由一三相交流异步电机带动；检测机构安装在皮带传送机构一侧， 由两识别传感器、两导料气缸构成；识别传感器一安装在导料气缸一上方， 用以识别白色工件；识别传感器二安装在导料气缸二上方，用以识别黑色工 件；两料槽分别对应两导料气缸安装在皮带传送机构另一侧。
所述可直线移动的四自由度机械手单元包含 一直线运动机构、 一四自 由度机械手；直线运动机构由一型材导轨、 一同步带、 一步进电机构成；型 材导轨正好横在井式上料单元、龙门结构加工单元、多工位旋转装配单元正 前方终点正对物料分拣单元，三单元呈一线排开，而导轨则与之平行固接在 低部。而同步带由步进电机带动，且与导轨同步；四自由度机械手机构由一 薄形气缸、 一旋转气缸、 一导杆气缸、 一气动手爪构成，薄形气缸控制升降， 旋转气缸控制水平平面内的转动，导杆气缸控制气动手爪前伸回收，气动手爪作为夹持装置。
所述井式上料单元、龙门结构加工单元、多工位旋转装配单元并排在一 条线上，所述可直线运动四自由度机械手单元从所述井式上料单元提取工件， 为所述龙门结构加工单元提供被加工工件并将加工好的工件转移到下一站所 述多工位旋转装配单元，在将所述多工位旋转装配单元装配好的工件转移到 所述物料分拣单元进行分拣。所述物料分拣单元位于所述可移动四自由度机 械手单元的终点，为工件所到的最后一站。
配备一实训台，各个单元按位置关系安装在实训台上，实训台具有横向 凹槽，各单元可沿凹槽调整位置。
本实用新型还配备一警示灯，用以显示其当前的工作状况，分三种情况-复位、运行、停止。
本实用新型还配备一人机界面，用以显示其工作的具体状态；
本实用系统响应速率快、定位精准，在多工位旋转装配过程中，选用了 伺服电机带动旋转，伺服电机高精度决定了各工位的切换时定位准确，是步 进电机在性能上无法比拟的。
本实用新型采用模块化安装，学生可以自行组合，不局限于一种模式，
能让学生直观、简洁的掌握生产线的结构及原理。
图1为本实用新型一典型实施例控制关系图2为本实用新型一典型实施例的主视图3为本实用新型一典型实施例的俯视图4 8为本实用新型一典型实施例的CPU控制原理图。 具体实施方案
现在结合附图，以本实用新型的一典型实施例为例来对其技术特征和工作
方式作出详细介绍。需要强调的是，这里介绍的是诸多可实施方案中较为典型的一种，以此 方案为基础，根据应用场合、传输方式、组合变化也可相应衍生出一些不同
的实施方案。
首先，控制单元主体为箱式结构，还包括四个散装在实训台上的主机。 所述控制单元为本实用新型提供电源，为三相交流异步电机、步进电机提供
驱动器、为伺服电机提供伺服放大器；
所述控制单元包含 一电源挂箱、一CPU挂箱、 一变频器挂箱、 一按钮
控制挂箱、 一步进电机驱动器挂箱和四个分站CPU;
所述电源挂箱为本实用新型提供电源单、三相交流电源，直流+24V;
所述CPU挂箱采用西门子CPU226主机，其余还有两台CPU224、两台 CPU222分别控制除所述可直线移动的四自由度机械手单元的其余四个单元； 各CPU具体控制关系如图1。
所述变频器采用西门子丽420 0. 75KW变频器； 所述步进电机驱动器采用工业级步进驱动器，直流24V供电； 所述五个执行单元具体表现为 一井式上料单元、 一龙门结构的加工单 元、 一多工位旋转装配单元、 一可直线移动的四自由度机械手单元、 一物料 分拣单元；各执行单元之间的工作关系如图1;
所述井式上料单元包含 一工件库l、 一推料气缸6、 一工件中转台7、 三光电传感器3、 4、 5;所述工件库1为一中空圆柱体结构，顶部为入料口， 底部为出料口2。所述出料口2有一光电传感器4，用以感应工件是否到位。 所述光电传感器4上部还有一光电传感器5，用以感应工件库是否有工件。所 述推料气缸6安装在所述出料口 2 —侧，用以将工件推至出料口 2另一侧工 件中转台7。所述工件中转台7底部装有一光电传感器3，用以感应工件是否 到位。
所述龙门结构加工单元包含 一龙门支架39、 一加工机构、 一送料机构；所述龙门支架39为一门形，且门的横梁上有一条横的间隙17的支架，用于 安装加工机构并可在上面移动以调整位置；所述加工机构由一步进电机21、 一薄形气缸15、 一直流电机16和三个限位开关构成，所述步进电机21装在 龙门支架一侧，高度与所述间隙17平齐，用以带动薄形气缸15水平移动； 所述间隙17两侧分别装有一个限位开关，作为极限位置开关，防止程序出错 损坏电机，且所述步进电机21 —侧还装有一限位开关22作为零点位置开关; 所述薄形气缸15下部固接一直流电机16，所述电机轴垂直向下，用以给工件 加工；所述送料机构由一步进电机18、 一丝杆19、 一气动手爪14、 一光电传 感器40和三限位开关构成；所述步进电机18固接在所述龙门支架39正下方 同轴带动一丝杆19，所述丝杆19两端各装有一个限位开关作为极限位置开关， 防止程序出错损坏电机，其电机一侧还装有一限位开关20作为零点位置开关； 所述气动手爪14内装有一光电传感器40，所述气动手爪14由丝杆19推动； 所述丝杆19与所述龙门支架39垂直安装。
所述多工位旋转装配单元包含 一供料机构、 一旋转送料机构、 一装配 机构；所述旋转送料机构为一托盘形式旋转装置24,所述托盘24设置三个工 位，呈等边三角形分布，其下部同轴安装一伺服电机41，用以带动所述转盘 24切换工位；每个所述工位旁边都装有一个光电传感器；所述供料机构安装 在一所述工位正上方，由一井式工件库23、两托料气缸28、 29、两光电传感 器26、 27构成；所述工件库23出料口正对着下方所属工位，所述托料气缸 28装在所述工件库一侧，用以控制工件的下落；所述托料气缸29安装在所述 托料气缸28下方所述工件库根部，用以释放工件到所述工位；所述光电传感 器26对准所述工件库倒数第三个工件位置，用以提醒是否需要添加工件；所 述光电传感器27对准所述工件库倒数第一个工件位置，用以为所述托料气缸 28提供信号；所述装配机构并排安装在所述供料机构一侧，在所述另一工位 正上方，由一薄形气缸25构成，用以将装配工件打紧在被装配工件上。所述物料分拣单元包含 一皮带传送机构、 一检测机构、两料槽；所述
皮带传送机构由一三相交流异步电机30带动一皮带传送带35;所述检测机构 安装在所述皮带传送机构一侧，由两识别传感器33、 34、两导料气缸31、 32 构成；所述识别传感器33安装在所述导料气缸31上方，用以识别白色工件; 所述识别传感器34安装在所述导料气缸32上方，用以识别黑色工件；所述 两料槽36、 37分别对应两所述导料气缸安装在所述皮带传送机构另一侧。
所述可直线移动的四自由度机械手单元包含 一直线运动机构、 一四自 由度机械手；所述直线运动机构由一型材导轨13、 一同步带42、 一步进电机 12构成；所述型材导轨13正好横在所述井式上料单元、所述龙门结构加工单 元、所述多工位旋转装配单元正前方终点正对所述物料分拣单元，所述三单 元呈一线排开，而所述导轨13则与之平行固接在底部。而所述同步带42由 所述步进电机12带动，且与所述导轨13同步；所述四自由度机械手机构由 一薄形气缸IO、 一旋转气缸9、 一导杆气缸8、 一气动手爪ll构成。所述薄 形气缸10控制升降，所述旋转气缸9控制水平平面内的转动，所述导杆气缸 8控制所述气动手爪11前伸回收，所述气动手爪11作为夹持装置； 所述五个执行单元控制流程可参考图1，具体工作流程如下 工件从工件库l入料口进入，到达底部出料口2，由推料气缸6推出至工 件中转台7。可直线移动四自由度机械手动作，从工件中转台7夹取工件，并 转移到龙门机构加工单元将工件放置到送料机构气动手爪14上。气动手爪14 夹紧后，步进电机18转动带动丝杆19，丝杆19推动气动手爪14向龙门支架 39移动到设定位置。同时，龙门支架39上步进电机21动作带动薄形气缸15 移动到设定位置，直流电机16转动加工工件。加工完毕，加工机构按原方向 返回到限位开关位置，气动手爪14按原方向返回到限位开关位置。气动手爪 14张开，可直线移动四自由度机械手动作，夹取工件并转移到多工位旋转装 配单元。工件被放置到一工位中，伺服电机41动作，工位旋转一个位置，托料气缸29动作， 一装配工件下落到工件上。伺服电机41动作，工位旋转一 个位置，薄形气缸25动作，打紧工件，装配完毕。伺服电机41动作，工位 旋转一个位置，回到原点。可直线移动四自由度机械手动作，夹取工件转移 到物料分拣单元。三相交流异步电机30动作，皮带传送带35带动工件移动。 光电开关33感应，若为白色，则推料气缸31动作将工件推至料槽36;若为 黑色，则继续移动，光电开关34感应，推料气缸32动作将工件推至料槽37。
本实施例配备一实训台，各个单元按所述位置关系安装在所述实训台上， 所述实训台具有横向凹槽，所述各单元可沿所述凹槽调整位置。
本实施例还配备一警示灯，用以显示其当前的工作状况，分三种情况
复位、运行、停止。
本实施例还配备一人机界面，用以显示其工作的具体状态； 以上介绍对本实用新型而言只属于解释性阐述，绝无任何限制。本领域
普通技术人员理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，
可做出诸多调整，变化，或者等效，但都将落入本实用新型的保护范围以内。
权利要求1、一种自动生产线拆装与调试实训装置，它包含了一个控制单元和五个执行单元，其特征在于控制单元为箱式结构，为本装置提供电源，为三相交流异步电机、步进电机提供驱动器，并处理各感应机构的信号然后发送命令通过电路和气路实现对个各个执行单元的时序逻辑控制；所述执行单元包含三个系统感应系统、执行系统、物料中转系统；所述五个执行单元具体表现分别为一井式上料单元、一龙门结构的加工单元、一多工位旋转装配单元、一可直线移动的四自由度机械手单元、一物料分拣单元。
2、 根据权利要求l所述的一种自动生产线拆装与调试实训装置，其特征 在于所述感应系统具体表现为电路连接，传感器通过电路为CPU提供感应 梓自I pj必o
3、 根据权利要求l所述的一种自动生产线拆装与调试实训装置，其特征在于所述执行系统具体表现有气路连接也有电路连接CPU通过电路控制电机来带动转轴或传送带；CPU通过电磁阀来控制气路来推动气缸或气爪。
4、 根据权利要求l所述的一种自动生产线拆装与调试实训装置，其特征 在于所述物料中转系统具体表现为中转台、料槽，用于存放工件。
5、 根据权利要求l所述的一种自动生产线拆装与调试实训装置，其特征在于所述井式上料单元包含: 一工件库、 一推料气缸、 一工件中转台、三 判定传感器；工件库为一中空圆柱体结构，顶部为入料口，底部为出料口；所述出料 口有一判定传感器一，用以感应工件是否到位；判定传感器一上部还有一判 定传感器二，用以感应工件库是否有工件；推料气缸安装在所述出料口一侧，用以将工件推至出料口另一侧工件中转台；工件中转台底部装有一判定传感 器三，用以感应工件是否到位。
6、 根据权利要求l所述的一种自动生产线拆装与调试实训装置，其特征 在于龙门结构加工单元包含 一龙门支架、 一加工机构、 一送料机构；龙门支架为一门形，且门的横梁上有一条横的间隙，用于安装加工机构 并可在上面移动以调整位置；加工机构由一步进电机、 一薄形气缸、 一直流 电机构成，步进电机装在龙门支架一侧，高度与间隙平齐，用以带动薄形气 缸水平移动；薄形气缸下部固接一直流电机，电机轴垂直向下，用以给工件 加工；送料机构由一步进电机、 一丝杆、 一气动手爪构成，步进电机固接在 所述龙门支架正下方同轴带动一丝杆，丝杆上装有一气动手爪，气动手爪由 丝杆推动；丝杆与龙门支架垂直安装。
7、 根据权利要求l所述的一种自动生产线拆装与调试实训装置，其特征 在于多工位旋转装配单元包含 一供料机构、 一旋转送料机构、 一装配机 构；旋转送料机构为一托盘形式旋转装置，托盘设置三个工位，呈等边三角 形分布，其下部同轴安装一伺服电机，用以带动所述转盘切换工位；供料机 构安装在一工位正上方，由一井式工件库、两托料气缸、构成；工件库出料 口正对着下方所属工位，托料气缸一装在工件库一侧，用以控制工件的下落； 托料气缸二安装在托料气缸一下方工件库根部，用以释放工件到工位；装配 机构并排安装在供料机构一侧，在另一工位正上方，由一薄形气缸构成，用 以将装配工件打紧在被装配工件上。
8、 根据权利要求l所述的一种自动生产线拆装与调试实训装置，其特征 在于物料分拣单元包含 一皮带传送机构、 一检测机构、两料槽；皮带传送机构由一三相交流异步电机带动；检测机构安装在皮带传送机 构一侧，由两识别传感器、两导料气缸构成；识别传感器一安装在导料气缸一上方，用以识别白色工件；识别传感器二安装在导料气缸二上方，用以识别黑色工件；两料槽分别对应两导料气缸安装在皮带传送机构另一侧。
9、 根据权利要求l所述的一种自动生产线拆装与调试实训装置，其特征在于可直线移动的四自由度机械手单元包含 一直线运动机构、 一四自由 直线运动机构由一型材导轨、 一同步带、 一步进电机构成；型材导轨正好横在井式上料单元、龙门结构加工单元、多工位旋转装配单元正前方终点正对物料分拣单元，三单元呈一线排开，而导轨则与之平行固接在低部；而 同步带由步进电机带动，且与导轨同步；四自由度机械手机构由一薄形气缸、 一旋转气缸、 一导杆气缸、 一气动手爪构成，薄形气缸控制升降，旋转气缸 控制水平平面内的转动，导杆气缸控制气动手爪前伸回收，气动手爪作为夹 持装置。
10、 根据权利要求1所述的一种自动生产线拆装与调试实训装置，其特 征在于井式上料单元、龙门结构加工单元、多工位旋转装配单元并排在一 条线上，所述可直线运动四自由度机械手单元从所述井式上料单元提取工件， 为所述龙门结构加工单元提供被加工工件并将加工好的工件转移到下一站所 述多工位旋转装配单元，在将所述多工位旋转装配单元装配好的工件转移到 所述物料分拣单元进行分拣；所述物料分拣单元位于所述可移动四自由度机 械手单元的终点，为工件所到的最后一站。
11、 根据权利要求1所述的一种自动生产线拆装与调试实训装置，其特 征在于配备一实训台，各个单元按位置关系安装在实训台上，实训台具有 横向凹槽，各单元可沿凹槽调整位置。
专利摘要本实用新型涉及一种自动生产线拆装与调试实训装置，它包含了一个控制单元和五个执行单元，其特征在于控制单元为箱式结构，为本装置提供电源，为三相交流异步电机、步进电机提供驱动器，并处理各感应机构的信号然后发送命令通过电路和气路实现对个各个执行单元的时序逻辑控制；所述执行单元包含三个系统感应系统、执行系统、物料中转系统；所述五个执行单元具体表现分别为一井式上料单元、一龙门结构的加工单元、一多工位旋转装配单元、一可直线移动的四自由度机械手单元、一物料分拣单元。本实用新型采用模块化安装，学生可以自行组合，不局限于一种模式，能让学生直观、简洁的掌握生产线的结构及原理。
文档编号G09B25/02GK201274123SQ200820121420
公开日2009年7月15日 申请日期2008年7月17日 优先权日2008年7月17日
发明者姚建平, 为 韩, 黄华圣 申请人:浙江天煌科技实业有限公司