磨床這樣改造后一臺更比三臺強

國內(nèi)某商用車用戶擬投資240萬元，將先前半自動化的熱后主、從動錐齒輪副加工線提升為自動裝卸料的智能化生產(chǎn)線（見圖1）。為此，承擔主動錐齒輪（下稱主動輪）外圓面磨削任務(wù)（見圖2）的2臺MKS1632A×750型數(shù)控外圓磨床（下稱磨床）既要開發(fā)機器人（下稱RT）機能，用以滿足自動裝卸料要求；又要布置以太網(wǎng)絡(luò)，用以實現(xiàn)運行狀態(tài)實時監(jiān)控；還要優(yōu)化宏程序，用以適應(yīng)智能化生產(chǎn)線的運行。圖1：熱后錐齒輪副智能化生產(chǎn)線1.上料裝置

2.電控柜

3.QTN250Ⅱ臥式車床

4、5.YV500-E立式車床

6.OerlikonL60研齒機

7.下料裝置

8.從動輪姿態(tài)轉(zhuǎn)換臺

9、17、18.緩料臺

10.地軌

11.FANUCR-2000iC機器人

12、14.MKS1632A×750型數(shù)控外圓磨床

13.主動輪自動測量機

15.從動輪抽檢臺

16.主動輪抽檢臺圖2：熱后主動錐齒輪的磨削尺寸控制1、機器人機能開發(fā)先前，兩臺磨床可在手、自動方式下進行單機運轉(zhuǎn)。新增RT機能后，兩臺磨床既要在聯(lián)機方式下隨生產(chǎn)線運行，又得在RT控制下自動夾松主動輪；既要在加工程序的M代碼控制下自動開關(guān)門，又得呼叫RT自動裝卸料；既要在加工程序的M代碼控制下吹氣去除主動輪粘附的磨削液，還得使其變頻器驅(qū)動的頭架能夠準停，保證RT裝料準確無誤。（1）聯(lián)機鈕使磨床并入生產(chǎn)線。兩臺磨床與RT的聯(lián)機控制是以生產(chǎn)線的電氣控制為媒介，經(jīng)PLC與中間繼電器的電信號耦合實現(xiàn)。磨床側(cè)新增聯(lián)機控制旋鈕，使其并入生產(chǎn)線。具體控制過程如下所述。磨床側(cè)。磨床CNC系統(tǒng)柜側(cè)面裝聯(lián)機控制按鈕盒→DC24V經(jīng)線路24P1接入I/O模塊上CB106插座的端子3→對應(yīng)的PLC輸入信號X4.0＝1→磨床自動方式燈點亮Y24.0＝1、砂輪運轉(zhuǎn)中Y2.0＝1且三色燈紅燈不亮Y0.4＝0→表示磨床處于AUTO狀態(tài)的線圈Y3.6接通→I/O模塊上CB105插座的端子45輸出DC24V→中間繼電器KA36線圈通電→KA36的常開觸點閉合。生產(chǎn)線。表示磨床1（2）處于AUTO狀態(tài)的輸入信號通過生產(chǎn)線側(cè)QX81模塊上地址X14D（X152）接入三菱Q系列PLC中→后續(xù)內(nèi)部邏輯處理。磨床1并入生產(chǎn)線的控制示意，如圖3所示。圖3：磨床1并入生產(chǎn)線的控制示意

（2）RT控制尾座頂尖夾松件。RT經(jīng)主動輪夾具為兩臺磨床裝料時，一旦后者的尾座頂尖未松開到位，就會發(fā)生工件碰撞頂尖的事故；卸料時，RT未抓住工件但頂尖已松開，則工件掉落后擠碎砂輪（見圖4）。為此，在聯(lián)機狀態(tài)下，尾座頂尖的夾緊松開控制由RT直接實現(xiàn)，并加裝到位接近開關(guān)。生產(chǎn)線側(cè)磨床尾座頂尖夾松件控制的梯形圖，如圖5所示；MKS1632A×750型數(shù)控外圓磨床的液壓原理圖，如圖6所示。

圖4：工件掉落后擠碎砂輪圖5：生產(chǎn)線側(cè)磨床尾座頂尖夾松件控制的梯形圖

圖6：MKS1632A×750型數(shù)控外圓磨床的液壓原理1.油箱

2.吸油過濾器

3.電動機

4.擺線齒輪泵BB-B10

5.二位四通型電磁換向閥

6.量儀E9測爪

7.量儀E9液壓缸

8.可調(diào)節(jié)流閥

9.工件

10.尾座頂尖

11.尾座體

12.壓力表

13.二位三通型電磁換向閥

14.溢流閥Y25B

RT控制尾座頂尖夾松件的過程如下所述。生產(chǎn)線內(nèi)各機床就緒及RT回原位→HMI上點擊[自動模式]使線體PLC的內(nèi)部繼電器M1000接通并自鎖→磨床1（2）處于AUTO狀態(tài)信號X14D（X152）接通→RT側(cè)命令磨床1（2）尾座頂尖松開的輸出信號271（275）置ON→線體經(jīng)輸入地址X10BE（X10C2）接收RT傳送的磨床1（2）頂尖松開命令→磨床1（2）尾座頂尖松開線圈Y16C（Y171）通電→線體與磨床經(jīng)中間繼電器進行信號交互。頂尖松開命令經(jīng)輸入地址X1.5傳入磨床→邏輯處理后線圈Y1.1通電并輸出→磨床的中間繼電器KA11通入DC24V使其常開觸點閉合→圖6所示二位三通型電磁換向閥12的線圈YV2得電→該換向閥動作使其閥口P2與B2接通、T2關(guān)閉→壓力油自進/出油口流入尾座液壓缸內(nèi)→缸內(nèi)活塞桿克服彈簧作用力后退回原位呈松開狀態(tài)。

尾座頂尖松開到位會使接近開關(guān)點亮并經(jīng)地址X14F（X154）饋入線體PLC內(nèi)→經(jīng)PLC內(nèi)部繼電器M2310（M2312）過渡后，磨床1（2）頂尖已松開到位的線圈Y10EA（Y10EC）接通并輸出至RT側(cè)→RT經(jīng)輸入地址273（275）接收磨床1（2）頂尖已松開到位的狀態(tài)信號→進入下一工作循環(huán)。2、以太網(wǎng)絡(luò)布置

為完成生產(chǎn)線對兩臺磨床在內(nèi)的各機床狀態(tài)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)等實時采集任務(wù)，需對總控制臺PC、5臺機床、1套測量單元和2套掃碼單元等進行工業(yè)以太網(wǎng)連接，其網(wǎng)絡(luò)拓撲如圖7所示。MDC可為用戶提供機床利用率、機床故障分布等統(tǒng)計圖表，開通6個月歷史報警查詢功能，提取主軸負載、刀具信息、坐標信息、進給速度和主軸轉(zhuǎn)速等。

圖7：錐齒輪副智能化生產(chǎn)線的網(wǎng)絡(luò)拓撲（1）磨床側(cè)以太網(wǎng)功能設(shè)定。磨床預(yù)先連好交叉以太網(wǎng)線后，在其CNC系統(tǒng)側(cè)，單擊MDI面板上[SYSTEM]系統(tǒng)功能鍵→單擊右擴展鍵[?]數(shù)次→單擊屏幕下方[內(nèi)藏口]軟鍵進入以太網(wǎng)參數(shù)畫面，再單擊[操作]軟鍵→經(jīng)軟鍵[內(nèi)嵌/PCMCIA]選擇內(nèi)置板（內(nèi)嵌網(wǎng)口）→依次單擊軟鍵[再啟動]、[執(zhí)行]→單擊軟鍵[公共]→設(shè)定兩臺磨床的IP地址和子網(wǎng)掩碼。隨后，單擊軟鍵[FOCAS2]進入端口設(shè)定畫面→設(shè)定口編號TCP＝8193、UDP＝8192及時間間隔＝10s。如此，磨床側(cè)以太網(wǎng)功能設(shè)定完成。（2）磨床運行狀態(tài)的查閱。用戶既可在HMI上查閱整線工作狀態(tài)、故障信息、工藝信息和生產(chǎn)管理等內(nèi)容，也可在聯(lián)網(wǎng)的MES系統(tǒng)上進行計劃、調(diào)度、質(zhì)量、生產(chǎn)和能效的閉環(huán)管理。MES側(cè)相關(guān)操作：JMES系統(tǒng)→[智能管理]模塊→智能管控系統(tǒng)畫面中[實時監(jiān)控]下拉菜單[設(shè)備實時狀態(tài)]→設(shè)備狀態(tài)看板內(nèi)點選生產(chǎn)線“齒輪分部錐齒輪副”→查詢后實時監(jiān)控該生產(chǎn)線的運行狀態(tài)→狀態(tài)涉及班次、完工數(shù)、負荷、主軸轉(zhuǎn)數(shù)及進給速度。磨削主程序的優(yōu)化。在兩臺磨床的主程序中，既要添入操作門的控制代碼，以實現(xiàn)自動開關(guān)門；又要添入工件吹氣代碼，以實現(xiàn)RT卸料前主動輪粘附磨削液的去除。優(yōu)化后磨削主程序，如表1所示。安全位子程序的優(yōu)化。因RT的主動輪夾具體積龐大，卸料時不得碰撞MarpossE9在線量儀和頭架、尾座，故兩臺磨床上子程序O0599中程序段“N5G90G4G01Z94.23X84.27”給定的X、Z軸安全位需要修改。同時，兩臺磨床上X、Z軸采用絕對值編碼器采集位置數(shù)據(jù)，伺服放大器側(cè)干電池常會低電壓，造成位置數(shù)據(jù)丟失。為方便用戶經(jīng)CNC參數(shù)#1815任意設(shè)定Z軸的參考點，減少磨床側(cè)RT裝卸料位置的調(diào)校時間，特在Z軸防護罩下方各添加1個接近開關(guān)，表示磨床1（2）允許裝卸料的信號經(jīng)地址X156（X158）輸入線體PLC中，進行RT裝卸料的互鎖控制。緊急回退子程序的優(yōu)化。RT裝卸料時，不得有任何碰撞發(fā)生。為此，兩臺磨床的緊急回退子程序需要添入X、Z軸安全位。優(yōu)化后緊急回退子程序，如表2所示。新編班歇再開線用主程序。為呼叫RT為磨床卸料，需在AUTO狀態(tài)下執(zhí)行含有M30代碼的主程序O2000，如表3所示.卸料信號的傳遞過程：磨床執(zhí)行M30代碼→R30.0＝1→R301.4＝1自鎖→請求RT卸料信號Y3.4接通并輸出；生產(chǎn)線經(jīng)輸入地址X14E（X153）接收磨床1（2）反饋的卸料請求→經(jīng)內(nèi)部繼電器M2326（M2386）過渡后，線體經(jīng)輸出地址Y1109（Y10E6）向RT傳送卸料請求→RT通過輸入地址292（269）接收磨床1（2）的卸料請求并卸料；RT卸料結(jié)束后，經(jīng)輸出地址272（276）向線體反饋卸料完信號→線體經(jīng)輸入地址X10BF（X10C3）接收RT側(cè)卸料完信號→線體后續(xù)邏輯處理。3、主要零部件結(jié)構(gòu)為完成主動輪的機床夾緊、中間緩存，對應(yīng)設(shè)計磨床工裝和主動輪緩料臺。（1）磨床工裝。在25工序磨削φ80mm、φ65mm的外圓面時，采用圖8所示工裝：RT抓取主動輪后，送至磨床1頂尖中心處，尾座頂尖移動夾緊，彈簧撥銷卡入相鄰弧形齒間，提供加工所需驅(qū)動力。圖8：25工序外圓磨床用工裝示意1.磨床頭架

2.彈簧撥銷

3.主動輪

4.尾座頂尖

5.磨床尾座

6.固定頂尖

在30工序磨削φ45mm的外圓面時，采用圖9所示工裝：RT自緩料臺上抓取主動輪（翻轉(zhuǎn)180°），送至磨床2頂尖中心處，尾座頂尖移動夾緊，兩端彈簧撥爪帶動限位片滑進花鍵鍵槽中，所需動力來自于旋轉(zhuǎn)的頭架主軸。

圖9：30工序外圓磨床用工裝示意1.磨床頭架

2.彈簧撥爪

3.主動輪

4.尾座頂尖

5.磨床尾座

6.限位片

（2）主動輪緩料臺。為協(xié)調(diào)多套主、從動輪的加工節(jié)拍，提高生產(chǎn)線效率，特在磨床1、2間增加1處緩料臺，以承接25工序磨削完的主動輪半成品。緩料臺主要由整體支架、臺板、V形塊、錫青銅板、橡膠擋塊及其支架等部件組成，如圖10所示。除錫青銅板、橡膠擋塊與標準件外，其余為Q235板料的焊接件。