發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸自動(dòng)上下料裝置的研究

發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸自動(dòng)上下料裝置的研究

1.機(jī)械手配置情況自動(dòng)上下料設(shè)備是實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)連續(xù)、自動(dòng)加工的重要環(huán)節(jié)，是數(shù)控機(jī)床制造工藝的前提和橋梁。對(duì)于多品種、小批量、加工時(shí)間較長的零件,上下料在整個(gè)生產(chǎn)周期中所占的時(shí)間較少,采取人工上下料方式切實(shí)可行;但是對(duì)于少品種、中大批量、單個(gè)零件加工時(shí)間較短的零件,如發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸,采用自動(dòng)上下料以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率、降低制造成本、減少人力資源的投入,已成為必然的趨勢。ZD30發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸粗加工自動(dòng)線(圖1)的工藝流程為:銑端面、鉆中心孔→車大小端外圓、車平衡塊端面→車?yán)鬏S頸及圓角→內(nèi)銑連桿頸及圓角。自動(dòng)線分兩個(gè)工段,1#機(jī)械手負(fù)閘。主要配置如下:(1)功能包,規(guī)格為A02B-0312-H532。(2)基本單元,規(guī)格為A02B-0311-B520。(3)LCD/MDI單元,7.2英寸單色,規(guī)格為A02B-0309-H143#M。(4)主板,486/PMC-SA1,規(guī)格為A02B-0311-H103。(5)電源單元,規(guī)格為A02B-0309-H111。(6)數(shù)字伺服功能,規(guī)格為A02B-0309-H590#90B5。(7)4軸控制卡,規(guī)格為A02B-0309-H032。(8)分線盤I/O模塊,基本模塊,規(guī)格為A03B-0815-C001,2塊。(9)分線盤I/O模塊,帶手輪擴(kuò)展模塊,規(guī)格為A03B-0815-C002,1塊。(10)分線盤I/O模塊,不帶手輪擴(kuò)展模塊,規(guī)格為A03B-0815-C003,4塊。(11)X軸伺服電機(jī),βi8B/3000,絕對(duì)位置檢測,規(guī)格為A06B-0075-B503。(12)A軸伺服電機(jī),βi12B/2000,絕對(duì)位置檢測,規(guī)格為A06B-0077-B503。(13)B責(zé)1#工段的上下料,2#機(jī)械手負(fù)責(zé)2#工段的上下料,3#機(jī)械手負(fù)責(zé)1#工段與2#工段之間工件的轉(zhuǎn)運(yùn),2#輸送機(jī)和3#輸送機(jī)同時(shí)起到中間緩沖和過渡的作用。其中1#和2#龍門機(jī)械手均為雙爪機(jī)械手,3#龍門機(jī)械手為單爪機(jī)械手,均采用PLC控制。2008~2010年陸續(xù)對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造,1#和2#機(jī)械手的改造方案為FANUC數(shù)控系統(tǒng)。以下重點(diǎn)介紹1#機(jī)械手的控制。2.電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速和絕對(duì)位置檢測1#龍門機(jī)械手控制系統(tǒng)采用FANUC-0i-mate-MC數(shù)控系統(tǒng),其硬件配置如圖2。機(jī)械手水平移動(dòng)軸為X軸,A爪/B爪上下移動(dòng)軸分別定義為A軸/B軸。X軸電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩7N·m,額定轉(zhuǎn)速3000r/min;A/B軸電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩均為11N·m,額定轉(zhuǎn)速2000r/min;3個(gè)軸電機(jī)均是βi系列伺服電機(jī),均采用絕對(duì)位置檢測,且?guī)ПлS伺服電機(jī),βi12B/2000,絕對(duì)位置檢測,規(guī)格為A06B-0077-B503。(14)伺服放大器,FSSB接口,SVM1-20i,規(guī)格為A06B-6130-H002,3個(gè)。3.宏觀變量及請(qǐng)求信號(hào)產(chǎn)生1#龍門機(jī)械手為雙爪機(jī)械手,A/B雙爪分工如下:1#輸送機(jī)。B爪取料,A爪無用;端面鉆銑床。A爪取料,B爪放料;1#測量機(jī)。B爪取料,A爪放料;1#曲軸車床。A爪取料,B爪放料;2#曲軸車床。A爪取料,B爪放料;2#測量機(jī)。B爪取料,A爪放料;2#輸送機(jī)。B爪放料,A爪無用。A爪/B爪分工如圖3。在一個(gè)循環(huán)中,機(jī)械手一共有12個(gè)水平位置,按X坐標(biāo)值由小到大排列依次是B1、B3、A2、B4、A5、B7、A6、B9、A8、B10、A11、B12,所對(duì)應(yīng)的宏變量#500~#511,對(duì)應(yīng)關(guān)系見表1。A爪/B爪取放料操作過程有3個(gè)位置:原位、快速位置、到達(dá)位置。在所有12個(gè)工位A爪/B爪操作原位相同,A爪/B爪原位宏變量分別為#529和#549,但在不同工位取/放料操作的快速位置與到達(dá)位置均不同,全部采用公共變量定義,變量范圍#520~#556,具體定義見表1。機(jī)械手取/放料操作的請(qǐng)求信號(hào)在數(shù)控系統(tǒng)PMC中產(chǎn)生,然后通過接口宏變量#1000~#1014從PMC傳到宏程序中,#1000~#1014變量與PMC信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表2。圖4為產(chǎn)生取/放料請(qǐng)求信號(hào)的流程圖。PMC在產(chǎn)生取/放料請(qǐng)求信號(hào)時(shí),遵循以下原則:(1)機(jī)械手在自動(dòng)線各設(shè)備處先取料,后放料。(2)在某一設(shè)備處,如果設(shè)備內(nèi)無料,可跳過取料請(qǐng)求,直接產(chǎn)生放料請(qǐng)求。(3)1#曲軸車床與2#曲軸車床加工工序完全一樣,工件從1#測量機(jī)中出來后,只需經(jīng)過1#曲軸車床或2#曲軸車床,就可進(jìn)入2#測量機(jī)。同等條件下,1#曲軸車床優(yōu)先。(4)循環(huán)一旦啟動(dòng),請(qǐng)求信號(hào)依設(shè)備位置排列先后,依次產(chǎn)生取/放料請(qǐng)求信號(hào)。當(dāng)2#輸送機(jī)處放料結(jié)束,又重新開始新的循環(huán)。每次循環(huán)開始,判斷一次有否“循環(huán)停止信號(hào)”,如有,循環(huán)中止。4.機(jī)械手推液壓機(jī)位置檢查機(jī)械手自動(dòng)操作和手動(dòng)操作均通過數(shù)控系統(tǒng)宏程序?qū)崿F(xiàn),雖然兩種操作選擇的工件程序號(hào)不同,但CNC都是存儲(chǔ)器運(yùn)行方式。圖5給出了機(jī)械手自動(dòng)運(yùn)行宏程序O1的流程圖,其總體思想是:(1)對(duì)#1000~#1011一共12個(gè)取/放料請(qǐng)求信號(hào)作循環(huán)掃描,如果其中某一個(gè)請(qǐng)求信號(hào)為1,則進(jìn)行相應(yīng)操作。(2)在整個(gè)連續(xù)循環(huán)中,只在1#輸送機(jī)處取料操作前,判斷連續(xù)循環(huán)是否需要中止。(3)機(jī)械手在x向一共12個(gè)工位,分別用CNC系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置12個(gè)軟位置開關(guān)。機(jī)械手在每個(gè)設(shè)備處進(jìn)行取/放料操作,X軸定位完成后,均用M代碼作相應(yīng)位置檢查。該位置檢查的內(nèi)容包含X軸的位置和手爪的張開/閉合狀態(tài)。O2~O31是手動(dòng)操作程序。O30是A爪上升回原位程序。O31是B爪上升回原位程序。O29是機(jī)械手3個(gè)坐標(biāo)軸全部回原位的運(yùn)行程序,它們回原位的次序是先A、B軸,后X軸。O2~O13分別對(duì)應(yīng)機(jī)械手在x向12個(gè)工位的手動(dòng)定位,工位號(hào)由按鈕站撥碼開關(guān)設(shè)定。工件程序號(hào)=工位號(hào)+1。O2~O13說明如下:O2——機(jī)械手B1工位,即機(jī)械手B爪到達(dá)1#輸送機(jī)位置。O3——機(jī)械手A2工位,即機(jī)械手A爪到達(dá)鉆銑機(jī)位置。O4——機(jī)械手B3工位,即機(jī)械手B爪到達(dá)鉆銑機(jī)位置。O5——機(jī)械手B4工位,即機(jī)械手B爪到達(dá)1#測量機(jī)位置。O6——機(jī)械手A5工位,即機(jī)械手A爪到達(dá)1#測量機(jī)位置。O7——機(jī)械手A6工位,即機(jī)械手A爪到達(dá)1#曲軸車床位置。O8——機(jī)械手B7工位,即機(jī)械手B爪到達(dá)1#曲軸車床位置。O9——機(jī)械手A8工位,即機(jī)械手A爪到達(dá)2#曲軸車床位置。O10——機(jī)械手B9工位,即機(jī)械手B爪到達(dá)2#曲軸車床位置。O11——機(jī)械手B10工位,即機(jī)械手B爪到達(dá)2#測量機(jī)位置。O12——機(jī)械手A11工位,即機(jī)械手A爪到達(dá)2#測量機(jī)位置。O13——機(jī)械手B12工位,即機(jī)械手B爪到達(dá)2#輸送機(jī)位置。O17~O28分別對(duì)應(yīng)機(jī)械手12個(gè)工位下A爪或B爪的下降操作。O17~O28說明如下:O17——機(jī)械手B爪在1#輸送機(jī)處下降。O18——機(jī)械手A爪在鉆銑機(jī)處下降。O19——機(jī)械手B爪在鉆銑機(jī)處下降。O20——機(jī)械手B爪在1#測量機(jī)處下降。O21——機(jī)械手A爪在1#測量機(jī)處下降。O22——機(jī)械手A爪在1#曲軸車床處下降。O23——機(jī)械手B爪在1#曲軸車床處下降。O24——機(jī)械手A爪在2#曲軸車床處下降。O25——機(jī)械手B爪在2#曲軸車床處下降