数控单元

数控单元（共5篇）

数控单元 篇1

摘要：通过分析现有丝杠支撑轴承结构及其组配、安装方式, 提出了数控加工中心丝杠专用轴承单元化设计理念, 介绍了轴承单元结构设计、主参数优化设计和预载间隙设置等方法。

关键词：丝杠支撑轴承,单元化设计,预载间隙设置

0 引言

滚珠丝杠副作为精密、高效、灵敏的传动元件, 将旋转运动转换成线性运动, 用较小的转矩获得很大的推力, 除了必须拥有高精度的丝杠、螺母和滚珠外, 其功能、精度及可靠性直接影响机床线性伺服进给系统进给轴插补运行平稳性、定位精度、噪声及临界转速Nc, 也即直接影响机床加工精度和效率。

丝杠支撑轴承是数控装备伺服驱动系统的核心零件, 其性能直接影响最终的数控实现效果。本文通过分析现有丝杠支撑轴承结构及其组配、安装方式, 提出数控加工中心丝杠专用轴承单元化设计理念, 并进行轴承主参数优化设计和预载间隙优化设置。

1 现有丝杠支撑轴承及其组配方式

常见的机床丝杠支承方式多以两套或多套单列推力角接触球轴承组合使用, 利用各轴承受力与承载特点分担所受载荷并获得组合刚度。轴承或轴承组需通过轴承座与机床连接并设置专门密封、润滑装置进行给油维护和防尘、密封 (图1) , 其结构复杂, 轴承选配技术要求高、轴承座孔加工难度大, 组合安装精度不易保证。

2 功能集合型数控加工中心丝杠专用轴承单元

数控加工中心滚珠丝杠系统中, 丝杠支撑轴承主要承受双向轴向载荷和倾覆力矩, 根据其功能需求及安装应用特点, 在满足轴承刚度、精度及可靠性要求前提下, 将轴承与轴承座、密封装置、再润滑油路等进行功能整合, 设计成带法兰安装孔、密封与再润滑装置和拆卸嵌卡槽的单元型数控加工中心丝杠专用轴承 (图2) , 可实现轴承安装、润滑、密封、维护一体化功能集合。

2.1 外圈功能化组合设计

(1) 增厚轴承外圈并在其上设置若干沿周向均匀分布的轴向法兰安装通孔、通过安装孔可使用螺栓将轴承单元直接安装在机床机架上及进行径向对心微调, 不需要专门轴承座。结构简单, 占位空间小, 安装使用方便。

(2) 远离安装平面一端的轴承端面和外径上, 设置有彼此相通且相互垂直的油嘴孔及贯穿外圈内壁与密封、润滑空间相连的注油孔, 可定期使用喂脂器械经油嘴孔向轴承内部喂给新鲜油脂, 补充摩擦发热对油脂的消耗。

(3) 在靠近轴向喂脂通道端的外径上制成一条周向拆卸槽, 便于维护嵌卡。

2.2 内部主体结构设计

(1) 主体形式为双列结构, 一套轴承单元相当于两套单列轴承组合、两套轴承单元相当于四套单列轴承组合, 有效提高支承刚度的同时, 大幅降低机床制造企业轴承选配难度。

(2) 两独立内圈小端相对且预留预载间隙, 间隙值依据负载与钢球和套圈滚道间接触变形关系优化设定, 安装时只需按力矩要求旋紧锁紧螺母即可实现准确预载, 获得适合刚性, 相对于现有使用螺母和端盖分别压紧轴承内外圈的安装方式, 方便且预紧力准确。

(3) 内部双列结构按两套单列推力角接触球轴承背靠背安装的“O”型配置, 可双向承载。

(4) 轴承单元设计成独立预润滑密封单元, 可预注及适时补充润滑脂, 替代传统应用中附加密封、润滑装置。

1.轴承单元2.锁紧螺母3.支承轴4.固定调节螺栓5.机架

2.3 主参数优化设计

功能组合设计有效增大了轴承截面尺寸, 令增大钢球直径Dw、球数Z和球组中心圆直径Dwp成为可能。应用拟静力学理论建立数学模型, 优化轴承结构主参数, 在满足一定约束条件下使轴承额定动载荷尽可能大[1]。

(1) 建立目标函数

(2) 设定约束条件

(3) 应用计算机辅助设计手段, 通过局部网格法进行优化筛选, 挑选满足Cr最大的Dw、Z和Dwp最佳点。

bm——当代常用材料载荷系数;

Fao——轴承单元预载荷值;

Cr——轴承径向基本额定动载荷;

Ga——轴承轴向游隙;

d——轴承内径;

K2e——轴承外圈挡边高系数;

D——轴承单元当量外径;

K2i——轴承内圈挡边高系数;

Dw——钢球直径;

Kw——钢球直径系数;

Dwp——钢球组中心圆直径;

Kz——钢球数量系数;

fc——额定载荷材料系数;

Z——钢球数量;

fe——轴承外圈沟曲率系数;

α——轴承接触角;

fi——轴承内圈沟曲率系数;

δ——轴承单元预载间隙。

2.4 结构参数选取

(1) 接触角

接触角是角接触球轴承的重要设计参数, 是轴承内部载荷分布、运动关系、摩擦、润滑等的重要影响因素[2]。丝杠轴承承受径向、轴向或力矩联合载荷作用时, 其内外套圈会产生径向、轴向相对位移和相对倾角, 这种弹性位移量的大小将对机床定位精度产生重要影响, 反映了支承轴承刚度性能指标[3]。图3接触角、轴向变形与轴向载荷关系曲线显示, 轴承原始接触角越大, 承载后接触角变化越小, 轴向变形也越小, 轴承的轴向刚度越高[3]。

考虑丝杠支撑轴承“轴向力+力矩联合载荷”及1 800~4 000 r/min非高速应用工况, 选取轴承接触角α=60°。

(2) 沟曲率系数

轴承内、外圈沟曲率系数直接影响角接触球轴承钢球与内、外圈的接触应力与接触变形[4]。丝杠轴承承受轴向中心载荷时各滚动体负荷分布接近[3], 沟曲率系数可稍大于通用角接触球轴承, 以减小摩擦、提高灵活性。同时内外沟道等密合度设计具有较小的轴向跳动和变形量, 取值

(3) 挡边高系数

设计中选取60°大接触角以拥有较高轴向刚度, 为避免出现钢球与滚道间形成的接触椭圆被挡边边缘截断 (图4) , 产生应力集中, 发生过早疲劳失效。依据接触角分析计算结果, 挡边高系数选取为:

2.5 预载间隙优化

丝杠支撑轴承装配精度直接影响机床进给系统传动精度, 除了丝杠副本身的刚度外, 丝杠支撑轴承的精度及其安装调整同样至关重要[5]。多套单列轴承组配情况下, 如各轴承间接触角、预负荷相差较大, 将影响整个丝杠副的重复精度, 丧失数控机床加工精度的重要性能。本技术轴承单元为双列结构, 不需与其它轴承组配即可单独使用并具有较高刚度和负载能力, 但前提是轴承装配时必须严格地对内、外圈进行优选组配。

(1) 选配接触角

通常角接触球轴承接触角公差为±3°, 丝杠支撑轴承单元在α1、α2满足该要求的同时, 同一轴承两接触角相互差须控制在2°以内 (图5) 。

(2) 预载间隙优化

如图6所示, 当预载荷通过预紧螺母施加于两内圈后, 两内圈向中心移动, 各自位移量达到δ/2时, 间隙消失, 两内圈小端面接触, 轴承单元得到预载荷Fa0[6]。因此, δ值大小直接影响预紧力施加准确性, 也即影响所获得的刚度。

间隙设置方法:

1) 测量合套后轴向游隙Ga;

2) 按规定预载荷值施压并测量加载后轴向位移δ/2;

3) 内圈小端面修磨量:Δ=|Ga/2|+|δ/2|;

4) 按计算所得Δ值分别修磨两内圈后组装。

用户使用时, 只需按推荐力矩锁紧螺母, 即可获得设计的预载荷值。

3 轴承性能对比分析

应用本文介绍的技术方法, 结合厚壁轴承套圈防淬裂及整体淬透性热处理、大展开长度多曲面精密复合磨削、安装法兰孔精整等工艺实践, 令产品精度寿命、轴向刚度、预载精度、轴向跳动等多项性能较之现有技术具有明显优势, 代表型号分析对比结果如表1所列。

4 结束语

本文提出的数控加工中心丝杠专用轴承单元化设计技术, 顺应了精密数控装备关键功能部件单元化、组合化、通用化发展趋势并创益于配套主机功能, 在大幅提高滚珠丝杠支承刚度, 满足主机对丝杠支撑轴承精度、性能、质量和可靠性要求前提下, 实现了安装、润滑、密封、维护一体化功能集合。可为数控加工中心和电子制造装备、木工机械、成型机械等数控装备提供可靠的功能化核心基础部件, 缓解长期依赖进口局面, 突破精度限制。同时降低机床制造企业轴承使用难度, 减少用工成本。

参考文献

[1]T.A.Harris著.罗继伟等译.滚动轴承分析[M].北京:机械工业出版社, 1997.

[2]洛阳轴研科技股份有限公司.角接触球轴承优化设计[Z].2006.

[3]张宏柱, 汪世益.数控机床滚珠丝杠轴承的支承刚度分析[J].制造技术与机床, 2008 (4) :160-162.

[4]李有堂, 刘辞英, 刘书岩, 等.深沟球轴承内、外沟曲率系数对接触应力和变形的影响[J].兰州理工大学学报, 2010 (5) :32-33.

[5]徐赞, 王景晓, 徐公志.数控机床滚珠丝杠和滚动轴承的预紧方法[J].金属加工:冷加工, 2011 (11) :53-54.

[6]日本精工株式会社.精密滚动轴承[Z].日本:2003.

数控单元 篇2

关键词：负荷惯量,负荷转矩,加减速转矩,惯量匹配,机械齿轮比

伺服单元容量的确定,必须综合考虑负荷惯量、负荷转矩、要求的定位精度、要求的最高速度,建议按下述步骤考虑。

1 计算负荷惯量、负荷转矩、加减速转矩

1.1 扭矩计算

负载扭矩是由于驱动装置的摩擦力和切削力所引起

M-电动机轴转矩;F-使机械部件沿直线方向移动所需力;L-电动机转一圈时,机械移动距离。

2πM是电动机以扭矩M转一圈时电动机所做的功,而FL是以F力机械移动L距离时所做的机械功。

在实际机床上,由于存在传动效率和摩擦系数因素,滚珠丝杠克服外部载荷P做等速运动所需力矩,如图1。

伺服进给驱动系统一例

应按下式计算:

M1-等速运动时的驱动力矩(N·mm);双螺母滚珠丝杠的预紧力矩(N·mm);Fa0-预紧力(N),通常预紧力取最大轴向工作负荷Fmax的1/3,即Fa0=1/3Fmax,当Fmax难于计算时,可采用Fa0=(0.1～0.12)Ca(N)。

Ca-滚珠丝杠副的额定载荷;hsp-丝杠导程(mm);K-滚珠丝杠预紧力矩系数,取0.1-0.2;p-加在丝杠轴向的外部载荷(N),P=F+μW;F-作用于丝杠轴向的切削力(N);W-法向载荷(N),W=W1+P1;W1-移动部件重力(N),包括最大承载重力;P1-有夹板夹持时(如主轴箱)的夹板夹持力;μ-导轨摩擦系数,粘贴聚四氟乙烯板的滑动导轨副μ=0.09,有润滑条件时,μ=0.03-0.05,直线滚动导轨μ=0.003-0.004;η1-滚珠丝杠的效率,取0.90-0.95;MB-支撑轴承的摩擦力矩,亦叫启动力矩(N·m),可以从滚珠丝杠专用轴承样本中找到;Z1-齿轮1的齿数;Z2-齿轮2的齿数。

最后按满足下式的条件选伺服电动机;

式中Ms是伺服电动机的额定转矩。

1.2 惯量匹配计算

通常在电动机惯量JM与负载惯量JL(折算至电动机轴)或总惯量Jr之间,推荐下列匹配关系:

电动机的转子惯量JM可从产品样本中查到。

(1)回转体的惯量

滚珠丝杠、联轴节、齿轮、齿形皮带轮等,均属于回转体。

γ-回转体材料的密度(kg·m2);D-回转体直径(cm);L-回转体长度(cm);g-重力加速度,g=980cm/s2。

(2)直线运动物体的惯量

W-直线运动物体的重力(N);L-电动机转一圈时物体移动的距离(cm),若电动机与丝杠直连,则L=丝杠导程hsp。

(3)减速传动时折算到电机轴上的惯量,齿轮、齿形皮带传动减速时,折算到电机轴上的惯量。

负载惯量计算参看图,折算到电机轴上的负载惯量JL为:

JG1-齿轮1的惯量(kg·m2);JG2-齿轮2的惯量(kg·m2);JS-滚珠丝杠的惯量(kg·m2)。

1.3 定位加速时的最大转矩M的计算

nm-快速移动的电机转速(r/min);ta-加速、减速时间(s),按ta≈3/ks,取150～200ms;ts-系统的开环增益,通常取8～25s-1,加工中心一般取ks=20s-1左右;ML-负载转矩(N·m)。

若是M小于伺服电机的最大转矩Mmax,则电机能以所取的时间常数进行加速和减速。

2 初步确定机械齿轮比

根据要求的最高速度和电机的最高转速计算出最大机械减速比,用此减速比和电机的最小回转单位核算能否满足最小位置单位的要求,如果位置精度要求较高,可增大机械减速比(实际最高速度降低)或选用转速更高的电机。

3 核算惯量和转矩

数控单元 篇3

关键词：参数单一化,宏程序,数控铣

数控编程作为数控加工的关键技术之一, 其程序的编制效率和质量在很大程度上决定了产品的加工精度和生产效率, 尤其是随着数控加工不断朝高速、高精方向发展, 提高数控程序的编制质量和效率, 对于提高制造企业的竞争力有着重要的意义。

在数控铣床手工编程中, 立体图形的编写是一个难题, 往往需要利用宏程序来解决问题, 如球体铣削 (图1) , 它的加工轨迹为球心顶部开始每下一次深度连续的铣削圆, 一直铣削下球体底部的最大直径, 如果没有宏的话, 我们要依次算出每个圆的半径, 以及下刀点的坐标, 如果是个光洁度要求很高的球体的话, 计算量就很大。用了宏以后, 把半径与下刀点的函数公式输入到系统中, 宏就会自动计算出坐标与半径, 并进行铣削, 实际上宏在程序中主要起到运算的作用。

然而宏程序的编写要求思路清晰, 工艺路线合理, 数学知识强, 编程者往往会因为变量的设定困扰思路, 一般来说, 变量设定越多, 程序越复杂, 越难编写。我们经过多年的研究找到其中的一些规律, 那就是变量单元化的编程思路, 变量单元化往往会使程序大大简化, 通俗易懂。

立体五角星的铣削在数控界手工编程中, 历来是被公认的难题。查阅了许多编程者的作品, 思路很多, 方法各式各样, 但大多数编写非常繁琐, 其原因就是变量设定太多, 程序复杂。

部分程序中, 使用了循环次数过多的宏程序, 这就意味着设定了过多变量, 难度极大, 参数的计算极其复杂。

研究发现, 立体五角星的的程序编辑可以当成参数单一化编程中的典型例题。

如图2所示, 铣削一个外接圆半径为40cm的立体五角星, 五角星的高度为7cm;如图3所示, 五角星的尖角是9.926°;如图4所示, B点的坐标为 (-9.045, 12.361) 。

五角星五个角一样, 只是分布角度不同, 只要编写出一个角的程序, 另外四个角可以利用旋转与子程序调用的方法加以复制。

其中一个角可这样来编写 (如图5所示) :铣一个角, 铣刀的轨迹为经过原点O出发, 快速定位B点, 下刀一个步距深度, 从0开始到-7cm, 到A点 (走直线) , 到C点 (走直线) , 然后提刀, 到O点为一次循环。也就是说铣刀每下一次步距的深度, 铣出一个角, 随着深度的加深角的形状变大, 一直到Z的深度下到-7cm, 角的铣削循环结束, 此时角的形状为最大, 这样一个角就铣削成功了, 然后运行旋转与子程序调用的方法加以复制, 铣削四次, 五角星就铣削成功了。

从图2中, 可以发现这个角的各点坐标参数都与Z深度有关, 这样只要设定Z为变量, 其它坐标参数都与Z形成一个比如或三角函数关系, 坐标参数就会随着Z的改变而改变。

如图3所示, △OAB为五角星的一个剖视图:设Z为#1;A0为#4;∠BAO为#3;根据三角函数我们可以推导出:#4=#1/TAN[#3];

如图4所示, 为五角星一个角的俯视图, A0=#4=40cm;B点X绝对值坐标长度为9.045cm, 设为#5。Y绝对值坐标长度为12.361cm, 设为#6。#5与#4的比值关系为9.045/40=0.226;#5=0.226*#4;#6与#4的比值关系为12.361/40=0.309;#6=0.309*#4;#5, #6与#4的比值关系也与深度Z (#1) 产生比例关系;随着深度Z的改变, #4, #5, #6都会发生变化, 这样只要设定变量深度Z (#1) , #4, #5, #6也就设定好了。

研究表明:参数单一化的宏程序编写, 能够大大降低计算机的运算次数, 提高机床的切削精度, 同时可以提高程序可读性。

参考文献

[1]王想林.开放式数控系统用户宏程序的研究与实现[D].哈尔滨工业大学, 2007

[2]吕孝敏.基于宏程序的二次曲线数控加工[D].合肥工业大学, 2010

数控单元 篇4

三菱数控系统配用的伺服驱动器和主轴驱动器目前有两大类型,从制动方式来分有:

(1)配用于M70控制器的有MDS-D-V系列,其伺服驱动器功率为0.2～11kW,主轴驱动器功率为2.2～55kW。MDS-D-V系列伺服驱动器回生制动方式为“能量回馈型”。

(2) MDS-D-SVJ3系列伺服驱动器功率范围在0.2～3.5kW,主轴驱动器功率在0.75～11kW;标准型产品如E60/E68控制器,配用的伺服驱动器系统为MDS-R-V,伺服驱动器功率为0.4～3.5kW,主轴驱动器功率为0.1～7.5kW,其回生制动方式均为“制动电阻型”。

2 能量回馈伺服驱动系统和回生电阻制动伺服驱动系统差异

MDS-D-V型驱动器输入电源为DC 270～311V,必须由具备能量回馈功能的专用电源模块MDS-d-CV供电;而MDS-R-V驱动器和MDS-SVJ3驱动器输入电源为三相AC 220V,需增加1台变压器。MDS-D-V型驱动器控制电源为AC 220V;而MDS-R-V和MDS-SVJ3驱动器的控制电源均为DC 24V。除此之外,凡是采用能量回馈制动的系统,不会另外配用制动电阻;凡是采用电阻制动的系统,也不会另外配用“能量回馈单元”。

3 回生电阻选定方法

回生电阻的功能在于消耗伺服电机从额定转速制动到零速时转换的能量。每次制动所消耗的能量都要用制动单元来承受。为了使机械加工达到定位频率,必须要求回生制动单元达到一定的功率。回生电阻的计算公式为:

ER=5.48×10-7×η×(JL+JM)×N2-Ec(1)式中,η为电机逆效率;JL为电机惯量,kg·cm2;JM为负载惯量,kg·cm2;N为电机转速,r/min;Ee为驱动器充电能量,J。

从式(1)中可看出,额定状态下的回生能量ER与伺服电机的发电效率成正比,与电机轴惯量和负载惯量成正比,与额定转速的平方成正比。这部分能量正是要通过回生制动单元消耗的。

于此相关还有一个定位频率指标,这是由工作机械设计要求决定的,很多工作机械要求高频定位,在单位时间内要多次泄放能量,故要求回生电阻有足够的功率来承受这些泄放的能量。因此,定位频率DP(次/分)为:

制动电阻单元功率PR(W)有:

在实际使用中,具体选型时参照回生电阻对应一览表按驱动器的型号对应选定制动电阻,并可用式(2)、式(3)进行校正。

MDS-D-SVJ3型驱动器已内置标准电阻,因此对于一般工作机械无需再配置外接制动电阻。如果为高频定位机械,那么必须配备大功率制动单元。在实际使用中,多数系统使用国产电阻单元,在选型时要根据回生电阻对应一览表中对应的数据保证其中的“功率”和“电阻值”两项指标,这样可满足定位频率的要求。

4 电源供给(能量回馈)单元的选定方法

电源供给(能量回馈)单元的选定方法是要求电源供给(能量回馈)单元提供的电源容量要能满足所供应的伺服驱动器和主轴驱动器的需要。电源模块的选用原则是进行额定容量与瞬间最大容量的核算,取同时满足条件的电源模块。

5 参数设定

5.1 伺服轴参数设定

回生电阻参数是数控系统调试时必须设定的基本参数之一,如果设置不当,、系统就会报警,不能进入正常状态。在伺服系统使用“回生制动电阻”时,每轴都必须设置,要注意每轴配用的回生电阻不同,其参数会不同。参数设定见表1。

5.2 主轴参数设定

主轴参数设定与伺服轴类似,见表2。

5.3 电源(能量回馈)单元参数设定

如果选用MDS-D-V系列伺服系统时,采用能量回馈单元,那么其对应的参数PTYP (SV036)设定见表3。

在设定电源模块的PTYP参数时必须注意以下几点:

(1)电源单元模块通过CN4与最后一轴相连,如图1所示。在设定PTYP参数时,只对最后一轴(图1中第4轴)设定PTYP参数,其它轴(图1中1、2、3轴)设定为“0000”。

如果在1、2、3轴设定了PTYP参数,系统会报警,现场调试时,会多次出现“2236参数设定错误”的报警。

(2)如果连接的轴为主轴,那么只需对主轴的PTYP(SP032)参数进行设置,各伺服轴则不再设定此参数。

(3)如果电源单元连接的是双轴驱动器,那么必须对所连接的双轴同时设定该参数。

6 使用回生电阻时的注意事项

使用回生电阻时应注意以下事项:

(1)对于MDS-D-SVJ2,MDS-D-SVJ3型驱动器由于其内置有小功率制动电阻,其PC端子上出厂时已经接有“短路片”,因此该类型驱动器一般不需要另外配置外接制动电阻。

数控单元 篇5

随着科学技术的进步、人工成本的上涨、市场环境的改变,自动化已成为机械制造行业必然发展趋势之一[1]。在企业中开发柔性制造单元、应用自动化技术、实现加工对象的自动生产,可提高企业的工作效率、增加企业的经济效益、提升企业的市场竞争力,使企业能够更好地适应当今社会的发展需求,具有普遍的社会意义[2]。在此背景下,设计研发一款小型柔性制造单元。

1 柔性制造单元的结构组成

柔性制造单元主要由数控车床、工业机器人、料架三部分组成如图1所示。

数控车床采用南京翼马数控机床有限公司生产的CK0625,配置翼马自主研发的数控系统。车床采用液压卡盘、气动防护门。卡盘上装有2个感应开关,用于发出卡盘夹紧到位信号、卡盘松开到位信号。防护门上装有2个感应开关,用于发出机床门关闭到位信号、机床门打开到位信号。

工业机器人采用广州数控设备有限公司生产的GR-C系列机器人,由机器人本体、控制柜和示教盒三部分通过电缆线连接而成。该机器人可在本机基础上增加机械元件和电气元件,通过指令编程实现相应的动作功能。根据这一特征,在机器人腕部配置2个手爪,1号手爪用于抓取和放置毛坯,2号手爪用于抓取和放置成品。手爪的打开闭合由气动阀控制,每个手爪上装有2个感应开关,用于发出手爪夹紧到位信号、手爪松开到位信号。

料架采用不锈钢型材自主设计制造,倾斜放置,有助于圆柱形工件依靠自重整齐排列。机器人从料架下端取毛坯、上端放成品。料架上下两端均开有槽口,保证手爪取毛坯、放成品时不会发生碰撞[3]。

2 柔性制造单元的电气控制

2.1 工作过程规划

根据数控车床和工业机器人的工作特征,对柔性制造单元中的自动上下料过程进行规划,具体流程如图2所示。

2.2 电气原理图绘制

根据动作控制要求,需要机器人PLC输入端子9个,具体为:手爪1松开到位信号、手爪1抓紧到位信号、手爪2松开到位信号、手爪2抓紧到位信号、卡盘松开到位信号、卡盘夹紧到位信号、机床门打开到位信号、机床门关闭到位信号、机床准备就绪信号。需要机器人PLC输出端子6个,具体为:气阀控制继电器2个、卡盘控制继电器1个、机床门控制继电器1个、循环启动控制继电器1个、备用1个。其电气原理图如图3所示。

同时需要机床PLC输入端子7个,具体为:卡盘松紧信号、机床门打开关闭信号、循环启动信号、机床门打开到位信号、机床门关闭到位信号、备用信号2个。需要机床PLC输出端子1个,具体为:工件加工完成后机床准备就绪继电器。其电气原理图如图4所示。

2.3 数控车床与机器人通讯设计

为了使数控车床和工业机器人之间的信号实现有效通讯传输,柔性制造单元采用一种安全可靠、准确快速的输入/输出通讯模式。使用屏蔽信号电缆将数控车床PLC中相应的I/O点和工业机器人PLC中相应的I/O点进行连接,屏蔽信号电缆可避免信号之间相互干扰,保证传输的稳定性。

整个系统每完成一个动作或运行完一段程序,会有信号与数控系统或机器人控制器实现连接传输。比如当数控车床气动门打开到位后,感应开关SQ7闭合,中间继电器KA8线圈得电,常开触点闭合,机器人PLC的X2.6输入点和机床PLC的B14输入点信号有效,即通知机器人控制器和数控系统当前气动门已经打开到位,可进行下一步动作或执行下一段程序。

2.4 机器人程序编制

根据自动上下料逻辑流程,编制相对应的机器人控制程序,主要步骤如下:

1)机器人移动至初始位置:MOVJ P0,V20,Z0;

2)机器人1号手爪取毛坯:

3)机器人移动至数控机床门前,等待机床加工完成后开门:

4)机器人2号手爪取成品:

5)机器人1号手爪放毛坯:

6)机器人移出机床,机床门关闭加工:

7)机器人2号手爪放成品:

8)机器人移动至初始位置,循环工作:

程序中所定义的输入输出信号见表1。

3 柔性制造单元的工作流程

通过柔性制造单位工作流程的规划、电气原理图的绘制与接线、机器人程序的编制与调试,机器人系统和数控系统之间的信号实现了相互连接及传输。其具体工作过程描述如下:若数控车床处于正常运行状态,则启动工业机器人→机器人移动至料架位置,1号手爪取毛坯(图5)→机器人取出毛坯移动至机床门前,等待机床加工完成,机床门打开→待机床门打开到位后,机器人伸入机床内部,2号手爪取成品(图6)→2个手爪交换位置,1号手爪放毛坯(图7)→机器人离开机床,机床门关闭,开始加工工件→机器人移动至料架位置,2号手爪放成品(图8)。依此循环。

4 结语

经过接线、编程及调试,该柔性制造单元实现了生产过程中上料、加工、下料的自动化和无人化,且满足一系列技术要求[4]。如机器人上料、下料动作准确到位,不会碰撞机床和料架;在断电、断气等异常情况下,机器人手爪保持夹紧状态,保证工件不会松开或脱落;机器人始终在运动范围内移动,不会超程等。总之,该设备可减轻工人的劳动强度,提高车间的生产效率和自动化水平,为企业带来良好的经济效益,且具有很好的推广价值。

摘要：为适应社会的发展需求,提高企业的生产效率,在现有工业机器人和数控车床的基础上,设计研发一款小型柔性制造单元。使用机器人为车床完成上下料,实现了生产过程中上料、加工、下料的自动化和无人化。阐述了柔性制造单元的结构组成、电气控制方式、以及详细工作流程。运行结果表明,该设备结构简单,便于调试,具有良好的实用价值和经济效益。

关键词：工业机器人,数控车床,柔性制造单元,设计

参考文献

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