基于慧鱼模型的柔性制造生产线设计

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1、基于慧鱼模型的柔性制造生产线设计段振华，吴张永，吴喜，王庆辉，温成卓（昆明理工大学机电工程学院，云南昆明650093）摘要：针对传统机械加工工艺刚性生产的缺陷，结合柔性制造生产线的标准，利用慧鱼模型模块化设计创建了一种柔性制造生产线模型，可在计算机程序的控制下按工序进行运动、加工、检测等一系列动作，完成多种加工任务，达到柔性制造生产线的标准，满足多品种，小批量生产的需要。关键字：慧鱼模型；柔性制造；生产线中图分类号：TH165文献标识码：A文章编号：传统的机械加工是由车、铣、刨、磨、钻等通用机床组成的刚性生产线，要改变生产品

2、种非常困难。柔性制造系统是结合传统加工工艺，由多台(种)数控机床或数组柔性制造单元、计算机信息控制系统及物料自动储运装置等组成的自动化制造系统，能根据加工对象变化迅速做出调整，具有生产效率高、周期短、应变能力大、设备利用率高、成本低等优点。为了适应多品种、小批量生产的需要，增加产品市场竞争力，国内外许多国家都在发展高度自动化的柔性制造系统[1]。慧鱼模型是在1964年由德国ArthurFischer博士发明“六面拼接体”的基础上研发的一种具有技术含量高、便于展示科学原理及技术过程、提供创新实验载体的模型。其工业模型能还原任何

3、技术过程，模拟实际工业生产和操作控制等，为科研创新及工业化生产的可行性论证提供了有利的保障[2]。本文基于慧鱼模型模块化设计，创建了两台机床和物料储运装置组成的柔性制造生产线模型，机床能完成磨削、铣削两个工序，四条传送带组成的物料储运装置可实现自动化控制，使加工工件运送至指定位置。该柔性制造生产线能够实现对工件的连续加工，适应多品种、小批量生产的需要。1柔性制造生产线结构基于慧鱼模型的柔性制造生产线模型如图1所示，主要由8个电机、7个行程开关、5个光电传感器和4条传送带组成。图中M1～M8为计算机控制的8个电机：M4、M6为

4、2个旋转电机，分别实现工件的磨削加工和铣削加工，是制造单元的核心；M1、M2、M3、M5、M7、M8为直流伺服电机，执行动作后，M2、M7可根据指令选择是否改变加工工件的传送方向，M1、M3、M5、M8根据指令将加工工件送至指定位置，共同组成柔性制造生产线的传送单元。S1～S7、L1～L5为慧鱼模型智能接口板的12个输入：S1～S7为控制系统的7个行程开关，L1～L5为控制系统的5个光电传感器。C1～C4为柔性制造生产线的4条传送带。图1柔性制造生产线模型Fig.1AmodeloftheFMSline作者简介：段振华(195

5、4-)，男，高级工程师，主要研究方向：机械设计、机电系统控制和机构创新。E-mail：85wuxi@163.com。2柔性制造生产线的硬件设计柔性制造生产线控制系统的硬件由一台便携式计算机作为控制计算机，通过慧鱼模型智能接口板的I/O通道将驱动部分的伺服电动机与参数检测部分的光电开关、行程开关相连，共同构成整个控制系统的硬件核心。慧鱼模型智能接口板上集成了开关量输入、输出接口，并自带微处理器，能通过串口与计算机相连，在计算机上编好程序后可直接移植到接口板自带的微处理器内[3]。智能接口板上还提供了8个数字输出M1～M8，可以

6、为电动机、电磁铁、照明灯等；12个数字输入，可以为光敏传感器、热敏传感器、行程开关等。3柔性制造生产线的软件设计计算机控制程序的开发是柔性制造生产线控制系统软件设计的关键，能使生产线模型按照预订的程序执行动作[4]。本文采用慧鱼模型专用软件LLWin3.0图形化编程技术开发控制程序，结合模块化设计方法[5]，将设计的柔性制造生产线分为以下六个模块：3.1传送带C1控制输送带C1的控制程序流程图如图2所示，L1、L2负责检测传送带C1上是否有工件存在；M1用于驱动传送带C1直线运动。3.2工件输入工件输入的控制程序流程图如图3

7、所示，M2负责控制传送带C1上的工件是否输入；M3用于驱动传送带C2直线运动；S1、S3通过工件的位置控制电机电路的通断；L3用于检测传送带C2上的工件是否到达指定位置。图2传送带C1控制程序流程图图3工件输入控制程序流程图Fig.2ProgramflowchartsoftheconveyorbeltC1Fig.3Programflowchartsoftheinputtingworkpiece3.3磨削加工磨削加工的控制程序流程图如图4所示，M4负责工件的磨削加工；L3、L4负责检测传送带C2、传送带C3上的工件是否到达限定

8、位置；VAR1为变量1，用来说明磨削加工是否已经完成。3.4铣削加工铣削加工的控制程序流程图如图5所示，M5负责驱动传送带C3直线运动；M6负责工件的铣削加工；L4、L5负责检测传送带C3、传送带C4上的工件是否到达限定位置；VAR2为变量2，用来说明铣削加工是否已经完成。图4磨削加工控制