盐城工学院自制设备可行性方案论证报告.docx

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1、自制设备可行性论证报告设备名称柔性制造系统（一）项目负责人吴乃领部门机械工程学院-O一一年元月十八日一、对仪器设备的需求情况分析、效率预测机械设计制造及其自动化专业是要培养适应机械、机电产品和系统设计制造与控制及工程管理工作，并具有较强的工程实践能力和工程创新意识的应用型高级工程技术人才。本专业技术基础课和专业课实践性很强，在专业理论课程学习的同时，强化学生的实践能力和理论联系实际能力，提高学生的动手能力，是进一步完善学科，满足人才培养的基本要求。为使机械设计制造及其自动化专业学生在学习过程中，有机会将所学到的各门专业课的知识综合性地应用到生产的实际过程中，为他们走上工作岗位后应用这种新的理念

2、打下基础，学院除了建立适合于现代教学法模式的几个独立的专业实验室外，拟筹建一个开放式现代制造综合实验室。在这个综合实验室中，开发完全接近于生产实际的模块化柔性制造系统。柔性制造系统是一种技术复杂、高度自动化的系统，它将微电子学、计算机和系统工程等技术有机地结合起来，理想和圆满地解决了机械制造高自动化与高柔性化之间的矛盾。它具有设备利用率高、生产能力相对稳定、产品质量高、运行灵活和产品应变能力大的优点。柔性制造系统FMS兼有加工制造和部分生产管理两种功能，因此能综合地提高生产效益。就机械制造业的柔性制造系统而言，其基本组成部分有：1).自动加工系统。自动加工系统，指以成组技术为基础，把外形尺寸(

3、形状不必完全一致)、重量大致相似，材料相同，工艺相似的零件集中在一台或数台数控机床或专用机床等设备上加工的系统。2).物流系统。物流系统，指由多种运输装置构成，如传送带、轨道一转盘以及机械手等，完成工件、刀具等的供给与传送的系统，它是柔性制造系统主要的组成部分。3).信息系统。信息系统，指对加工和运输过程中所需各种信息收集、处理、反馈，并通过电子计算机或其他控制装置(液压、气压装置等)，对机床或运输设备实行分级控制的系统。4).软件系统。软件系统，指保证柔性制造系统用电子计算机进行有效管理的必不可少的组成部分。它包括设计、规划、生产控制和系统监督等软件。柔性制造系统有助于加深学生对现代制造技术

4、与装备、机电一体化系统概念的理解，掌握车间柔性制造的方法，该系统在培养学生理论与实践相结合的能力，提高学生学习兴趣和积极性起着重要作用。该项目建设有益于机械类学科建设、特色专业建设，项目建设符合专业培养目标和卓越工程师培养目标；该项目之所以选择定制，一是充分利用现有数控设备条件，二是目前市场上由教仪公司开发的教学型柔性制造系统太过“教学化”，与工程实际联系不紧；且教学型柔性制造系统价格在70万以上，价格偏高；三是定制即通过与制造厂家共同开发设计制造增加了教师实践机会，有益于教师队伍教学科研水平提高.该项目计划拟分两期建设，2011年主要有两方面建设工作，一是是在现有数控设备基础上完善自动加工系

5、统;二是进行物流系统初步建设，即投入上下料机器人、夹具等部分硬件设备。信息系统和软件系统在第二期进行建设。柔性制造系统一期建设投入的硬件设备即可为机械设计制造及其自动化专业、机械电子专业开出课程实验和专业方向综合实验。柔性制造系统一期建设也是为了与机械学院准备建设的机器人专业实验室实现资料共享或是兼任机器人实验室。该项目建设本着因地制宜、因人制宜、低投入建设的思想，满足机械设计制造及自动化专业、机械电子专业等相关课程教学和专业方向综合实验内容的需要。项目建设符合专业培养目标和卓越工程师培养目标。目前很多有机械类专业高校（如东南大学、江苏大学、淮阴工学院等）都有柔性制造系统，我们兄弟院校淮阴工学

6、院早在二十世纪九十年代就开发了柔性制造系统。由于每个高校的机制类专业课程设置和实验教学条件不尽相同，因此开发出适合我校办学条件和机制类专业培养目标的柔性制造系统十分必要。若该系统研制成功并投入使用，必将在一定程度上增强现有的实践教学环节，有利于教学质量的提高。该实验设备对于机类专业学生在学习数控技术及应用、机械制造装备、PLC原理、设施规划与物流分析、机械电子、计算机控制等理论课程和课程设计、毕业设计、专业方向综合实践等环节中将起到积极的作用，可以更帮助学习课程的知识，培养学生的应用能力，使学生毕业后能够迅速适应工作岗位要求。二、设计方案本项目建设的具体物化内容：1）为现有XH713A加工中心

7、定制一台上下料机器人；2）为现有两台CYNCTOOTA数控车床定制一台同时上下料机器人；3）数控车床液压卡盘改造；4）加工中心、数控铳床夹具设计制造；5）立体仓库建设。首先进行设备方案的论证，系统设计、结构设计、控制系统设计等。加工中心上下料机器人方案说明：1盘类负载:20kg2机器人有效行程：3000*1800（单位：mm）主要配置轴向有效行程型号减速机电机控制器X轴3000mm双滑块PAS44BBPLE80/50.75KWPLCZ轴1800mm双LM-A42BBPLE80/320.75KW品牌机器手的X轴Z轴运动平面与加工中心工作台液压工装在同一个垂直面内。这样两维机器手就能快捷地完成上料

8、和下料。这种结构的优点是X轴行程小，运动距离短。直角坐标机器人可以通过专用镶嵌丝母很方便地安装在支架上。3进料放料仓进料仓和放料仓用同一机关，下面简单加以介绍。1）其外形如图2所示。每个工位上可以通过换工装来放置不同的零件。2）人工放置零件到料仓上和人工取下零件，3）每个工位上要能对零件进行较精确的定位和定向。最好是通过孔，槽和边等来定位。例如附件给出的工件1和工件2.在每个工位上零件的方向和放到加工中心工作台上的方向相同。4手爪系统采用单手爪结构，耍根据毛坯件的抓取部位来确定是选三指手爪，还是选两指手爪。还有根据车削完的零件形状及抓取位置来确定手爪外形及尺寸。如果毛坯件与车好的件形状尺寸变化

9、大，就要选不同的手指形状。手爪选日本SMC气动手爪。手爪的抓取力和抓取尺寸按最大毛坯件选择，通过换手指形状来适应其它小的毛坯件。也可以采用电动手爪。车床上下料机器人方案说明：1项目概述该系统需完成工件的上料线输送、轴向定位、从上料线搬运到A机床卡盘前及给A机床上料、再将A机床加工后的工件取出、放置到转台上旋转180、将B机床加工后的工件取出放置到下料线输送上、从传台上抓取工件给B机床上料的整个过程。系统通过PLC控制各部分协同工作，完成工件流转及上下料。每套系统包含：桁架及二维机械手各1台、上料自动线1条（末端含轴向定位器1套）、下料自动线1条、控制系统1套。2系统结构与功能（1）系统主要参数

10、：桁架及机械手：桁架长度：详细见图纸桁架高度：详细见图纸整机功率：车削单元2台6.OKM额定负载：车削单元2台20Kg；各轴速度：水平最高速度2120min,垂直速度最高260mmin;工件温度：常温；工件尺寸：见附件1;搬运方式：平移、升降、旋转；平移距离：详细见图纸升降距离：1.7M；旋转角度：180；定位精度：0.2mm；运动载体：1、水平轴钢轴导向的直线运动单元PAS44RC,2、垂直轴直线导轨导向的直线运动单元LM-R系列,驱动传动方式：水平轴伺服电机配减速机驱动齿轮齿条；垂直轴伺服电机配减速机同步带传动；提取方式：20Kg负载采用气动卡爪；控制要求：自动/手动控制。上料自动线：工件

11、摆放数量：初步定位20个；工件温度：常温；工件尺寸：待具体化；工件重量：工件20KG;整机功率：输送工件0.75KW,承载结构：双排步进循环辐道；额定承载：输送工件2条线承载600Kg0定位方式：轴向定位；定位精度：0.01mm；报警功能：空料报警；控制要求：自动/手动控制；下料自动线工件摆放数量：20个；工件温度：常温；工件尺寸：工件重量：工件20KG;整机功率：输送工件2条线0.75KW,承载结构：双排步进循环辐道；额定承载：输送工件2条线承载600Kg;报警功能：满料报警；控制要求：自动/手动控制。控制系统：系统组成：三菱FX2N系列PLC模块；人机界面：触摸屏。选项1：可以采用西门子P

12、LC和触摸屏选项2：可以采用施耐德PLC和触摸屏（2）总体机构（详细见图） 基础框架一一机械手的桁架及料仓框架，为钢结构喷塑，需安装地脚； 伺服电机一一机械手的驱动单元，根据两轴的负载、运动速度情况各有不同，保证设备的平稳高速运动、精确定位；具有断电制动功能（Z轴）；具有良好的制动性； 运动控制器一一电机的控制单元，保证电机良好的加减速性能，平稳运行； 减速机一一弥补电机的转距不足，和转动惯量匹配，达到90%以上的传动效率;钢轴导轨及滑块一一具有良好的承重性能，保证各X、Z轴平稳高速运动、精确定位； 齿轮齿条一一传动件，传动件具有良好的缓冲性能，保证各轴运行平稳、定位精确； 信号检测一一各个运

13、动到位信号，机床门开关信号，手爪闭合和张开信号等； PLC控制系统一一最简单可靠的控制单元，保证设备各部件协调运动； 传输线一一工件流转载体，简单可靠。 气动单元一一提供工件夹持、旋转转等动力。 液压单元一一与气动单元功能一致，提供更大的动力。 整条线的颜色按用户提供色板进行喷涂；（3）系统工作流程：A给A机床上料1、人工将工件摆放到上料自动线上；2、上料线步进输送工件，并通过轴向定位器对要抓取的工件一进行定位；3、桁架机械手抓取定位后的工件一运行到A机床机床上方；要等待轴向定位器完成定向后的输出信号，然后再抓取。4、接收到A机床送料信号，机械手抓取工件运动机床A主轴前面（同心）；这时机床天窗

14、已打开，液压卡盘已松开5、机械手将工件一端头靠紧机床卡盘挡板，发信号到A机床；开始卡紧工件和后顶尖顶好工件6、A机床完全夹持工件一，发信号到机械手；检测到卡紧及顶好信号7、机械手运行到A机床外，发信号到A机床，A机床加工；B第一台机床下料8、A机床加工完毕，发信号到机械手，机械手取出工件一；类同上料过程9、机械手将工件放置到旋转一台上，旋转180,机械手回到第1步开始抓取毛坯及给第一台机床上料C给B机床下料10等待B机床加工完信号；11、取下B机床上的工件，然后放置到下料自动线上，下料线步进等待下一工件；D给B机床上料12,检测旋转台旋转信号后及B机床上料信号后，机器手把旋转台上的工件抓取及给

15、B机床上料，13机器手回到A机床的上方等待加工完取出工件信号系统重复以上动作，完成工件自动输送工作。上料线具备空料检测报警功能。下料线具备满料检测报警功能。通过I/O口信号实现机床和机器手间协调，同步和互锁功能（4）电气a:每套系统配一个控制柜，放在机床电柜旁边。b:系统动力线和信号线分别走线。c:机床与机械手接口用隔离的开关量机床给机械手控制发出信号：允许送料信号（主轴停止了，天窗开了）、液压卡盘张开信号（=允许取料信号），液压卡盘夹紧信号（工件夹持信号）；机械手给机床发出信号：允许夹持信号、退出机床内信号。（5）自动上下料系统布置图：待定（6）.工作现场环境要求1）自然环境温度：040C;

16、2）环境情况：场地干燥，无严重潮湿。相对湿度不超过90%。3）供电电源：C380V10%,50Hz2%o4）压缩空气压力：0.5MPao5）周围无振动干扰、无腐蚀性介质、无电磁辐射等。6）安全性：符合国家设备安全性规定。三、技术说明书柔性制造系统项目全部建成后，系统应具备的功能与特点：1）包含多种关键技术及单元，使学生了解更多的知识：机器人技术、物流仓储自动控制系统、立体仓库、自动输送线、自动码垛机、物流仓储管理和监控、PLC控制系统、传感器技术、计算机网络通信技术和现场总线技术、计算机控制、网络化视频监控技术、数据库技术、多轴运动控制器、气动技术、步进电机及驱动、伺服电机及驱动等。2）结合专

17、业培养目标和卓越工程师培养计划，开出多个实验项目：其内容涵盖机械、控制、机器人示教、插补、自动装配、码垛等多项实验，供选开，教师也可以根据实际情况，增开设计性、综合性实验。3）交互式图形化操作界面：系统控制软件采用WlNDONS操作系统，具有交互式和图形化特点，操作简单易学，自动化程度高，使教师和学生在很短的时间之内就可以掌握对系统的操作。4）丰富的状态反馈功能：通过计算机与各单元及传感器的通讯，将系统中各环节的状态显示在操作界面上，使操作者通过计算机随时了解系统各环节的工况、状态、运行数据，掌握系统运行状态。5）完美的生产及物料存储统计功能：根据现代柔性制造系统的特点及仓储物流的发展动向，不

18、但在工作过程和原理上仿真实际生产过程，而且开发了生产及物料存储数据库，根据系统的运行随时记录和分析生产和存储数据。6）开放式系统结构：为增加学生的参与性，系统采用开放式结构，提供控制功能动态链接库和二次开发函数，不用了解底层复杂的时序和操作过程，学生即可开发出自己的运动或控制功能，激发学生的学习兴趣。7）网络化视频监控：系统提供网络化视频监控模块，使操作者在操作系统的同时,也可通过电脑屏幕实时观看系统的实际运行状况。同时对于有条件的学校，可将控制计算机与校园网相连解，使更多的学生和老师通过网络观看现场实验过程，提供系统利用率，也可实现远程教学。柔性制造系统一期项目建成后，拟开出如下实验项目：实

19、验一机器人结构认识和运动控制实验实验二FMS机器人运动实验实验三专业方向综合实验1）、机械制造及其自动化专业方向实验；2）、机电一体化专业方向综合实验。四、长期运行所需器材、能源、消耗分析本试验装置运行在现有设备基础上增加用电5KW,实验耗材因现有设备利用率提高有所增加。五、经费预算明细及来源序号支出内容数量总价（元）备注一、仪器、元器件、材料等1Z轴导轨驱动轴LM-C421套400002Z限位开关2个3Z伺服电机2KW,附带航空插头1台4Z伺服电机配套驱动器1台5Z以上伺服电机和配套驱动器间的所有连线.1套6Z减速机PLEI20（1级）1台7Z轴与末端机械手连接机构1套8Z驱动轴紧固式连轴节

20、1套9Z连接固定两根Y轴导轨所有专用若F梯形块10Z减速机与导轨连接的连接发兰1个11Z减速机连轴器1套12Z轴与Y轴连接机构含螺丝1套13Z轴末端机械手GH6460及配件（气动）1台3000014X轴导轨驱动轴PAS44RC1套8000015X限位开关2个16X伺服电机2KW,附带航空插头1台17X伺服配套驱动器1台18X减速机PLEI20（1级）1台19X以上伺服电机和配套驱动器间的所有连线1套20X减速机与导轨连接的连接发兰1个21X减速机连轴节1个22X主驱动轴与从辅助轴之间的连接杆及其支撑配件1套23X驱动轴紧固式连轴节1个24X连接固定导轨所有专用梯形块若干25X电缆线防护拖链1条

21、26X拖错随动用连接件及拖链直角支撑板1套27双丫轴与X轴连接结构含螺丝1套28机器人桁架底座1套2000029进口PLC控制系统（含总线，触摸屏等）1套2000030控制器与驱动器及其他连线1套31工件旋转平台1套2000032自动输送台2套4000033机器人本体安装1次3000034机器人整体检测与调试1次35安装运输等500036X轴导轨12000037Z轴导轨13200038连接法兰，连接板等11200039气动手爪及配套件12000040电动手爪及配套件12000041X轴MOteC0.75Kw伺服电机1360042Z轴MoteCo.75KW带抱闸伺服电机1420043数控系统-4

22、4及全部连线11600044X轴配套减速机1280045Z轴配套减速机1360046机器人支架+防护+托链+托链支架980047安装调试费800048上下料仓13000049包装及运费1300050配XH713加工中心夹具1900051配XK5125数控铳床夹具1600052配CYNC-400T数控车床液压卡盘23700053立体仓库186000二、其它费用1调研费、资料费2设计费3交通费、运输费3.其他合计608000六、经济合理性分析项目经过充分调研论证，调研了国内部分高校、教学仪器设备生产公司、研究机构同类系统设备价格，并与一些机器人、柔性制造系统生产厂家询价基础上给出了费用计划。本项目

23、经过充分调研和论证，实验设备中相关设备都进行核实，与专业厂家进行了联系，对实验系统可行性行进行了调研，在技术上做了充分的准备，进行了技术分析。进行全面成本控制，降低了试验装置开发费用，项目经费预算合理。七、仪器设备安装环境条件和公害分析1、对制作中出现的技术等问题进行了预见，做了充分准备。2、本项目涉及到电气安全，在安全上做了一些保护措施，防止事故的发生。3、本项目的涉及到机械安全，在安全上做了一些保护措施。4、为试验需要，本装置可能会短时间产生噪声，可选择无其他人员在实验室时间进行试验。无其他污染。八、项目组人员组成姓名专业职务所在单位承担的主要工作吴乃领副教授机械工程学院总体负责葛友华教授机械工程学院系统总体设计周海教授机械工程学院技术支持马如宏教授机械工程学院控制系统设计崔冶讲师汽车工程学院机械系统设计宦海祥讲师机械工程学院机械系统设计张红蕾助教机械工程学院控制系统设计黄晓峰高级实验师机械工程学院设备安装调试王福元副教授机械工程学院控制系统设计赵海涛讲师机械工程学院机械系统设计九、进度计划到201L4完成系统设计到2011.10完成制作与加工（定制）到2011.11完成安装调试、联机调试到2011.12完成项目验收