陜西漢江機(jī)床有限公司 (漢川 723003)張新寧 李 磊

2MZK7150 全自動(dòng)可轉(zhuǎn)位刀片周邊磨床是“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備科技重大專項(xiàng)”(重大專項(xiàng)課題編號:2010ZX04001-162)重點(diǎn)支持的項(xiàng)目之一，該機(jī)床是集光、機(jī)、電、液和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的五軸五聯(lián)動(dòng)、高速、精密、全自動(dòng)可轉(zhuǎn)位刀片周邊磨床，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國外先進(jìn)水平。該機(jī)床配置大容量立體式料庫，采用五軸工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)上、下工件，一次裝夾可實(shí)現(xiàn)國標(biāo)(或ISO 標(biāo)準(zhǔn))規(guī)定的典型可轉(zhuǎn)位刀片和非標(biāo)類刀片周邊曲線的精密磨削加工，適用于大批量生產(chǎn)。機(jī)床磨削刀片形狀有:三角形、四方形、正方形、長菱形、多邊形及圓形等。磨削刀片材料:硬質(zhì)合金、陶瓷、CBN (立方氮化硼)等。該機(jī)床在2012 年4 月舉辦的南京“數(shù)控機(jī)床博覽會(huì)”上榮獲“春燕獎(jiǎng)”，得到用戶的關(guān)注和好評。

1.電氣系統(tǒng)配置

機(jī)床選用FAGOR8070 高檔數(shù)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)五軸五聯(lián)動(dòng)控制，具有一人多機(jī)自控操作功能、工件自動(dòng)磨削、砂輪自動(dòng)修整和在線自動(dòng)平衡及工件的自動(dòng)清洗功能。該機(jī)床還具有在線測量裝置，對加工后的工件進(jìn)行尺寸、角度測量，將實(shí)測數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，并將差值進(jìn)行處理，反映到進(jìn)給軸上，通過后續(xù)再加工高質(zhì)量完成刀片磨削的功能。

與之配套的有自動(dòng)料庫控制、刀片的自動(dòng)裝卸設(shè)備。刀片自動(dòng)裝卸采用日本三菱的四軸水平關(guān)節(jié)機(jī)械手(俗稱機(jī)器人，下同)RH—12SDH8535，增加刀片的裝夾機(jī)構(gòu)，稱為第五軸，采用三菱伺服電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)，帶有一個(gè)電磁吸盤、兩個(gè)爪，作用是給機(jī)床上裝夾刀片和從機(jī)床上卸載加工好的刀片;為了刀片拾取位置準(zhǔn)確，采用了邦納CCD 在線實(shí)時(shí)照相技術(shù)，采集刀片在料盤中的實(shí)際位置和方向，便于機(jī)械手控制器調(diào)整抓取位置;采用三菱的GT 1275 觸摸屏進(jìn)行手動(dòng)操作和機(jī)械手動(dòng)作情況、刀片數(shù)據(jù)等的數(shù)據(jù)顯示、監(jiān)測，利于隨時(shí)掌握機(jī)床工作情況，操作界面美觀大方、操作簡便;機(jī)床控制的Fagor 數(shù)控系統(tǒng)、機(jī)械手、觸摸屏之間采用在線網(wǎng)絡(luò)通信。作為機(jī)械手控制子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試者，在此主要對料庫控制和機(jī)械手控制方面進(jìn)行簡要的描述。

2.機(jī)械手控制器的連接

該機(jī)床的機(jī)械手控制部分，是一個(gè)由三菱四軸機(jī)械手、附加第五軸系統(tǒng)、三菱觸摸屏、美國邦納CCD、西班牙Fagor 數(shù)控系統(tǒng)組成的局域網(wǎng)絡(luò)，由三菱機(jī)械手作為服務(wù)器來進(jìn)行各種數(shù)據(jù)交換。主要控制料盤、料庫的操作，機(jī)械手的裝卸動(dòng)作，觸摸屏操作和顯示，CCD 相機(jī)的數(shù)據(jù)通信和處理，與Fagor數(shù)控系統(tǒng)的通信和數(shù)據(jù)交互。

三菱四軸機(jī)械手驅(qū)動(dòng)采用CD2D—741 系列驅(qū)動(dòng)控制器，內(nèi)部包含有IO 控制 (96 點(diǎn)輸入/96 點(diǎn)輸出)、手持式操作編程單元R32TB，實(shí)現(xiàn)無需電腦調(diào)試和編程。機(jī)械手最大特點(diǎn)是設(shè)定速度快，縮短節(jié)拍時(shí)間，實(shí)現(xiàn)高精度控制。料庫、料盤、附加第五軸控制 (包括手指動(dòng)作控制，有時(shí)也叫爪)，都是由機(jī)械手控制器來完成的，由機(jī)械手控制器發(fā)出指令，控制繼電器、接觸器動(dòng)作以控制電動(dòng)機(jī)和氣缸動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)。具體連接圖如圖1所示。

圖1 機(jī)械手控制器連接圖

3.程序控制框圖

機(jī)械手給機(jī)床上裝卸刀片，需要和機(jī)床之間進(jìn)行嚴(yán)格的時(shí)序控制。這是因?yàn)闄C(jī)床加工完成后，機(jī)械手才能對機(jī)床操作，同時(shí)需要機(jī)床相應(yīng)的機(jī)構(gòu)配合動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)機(jī)械手需要?jiǎng)幼鞯臅r(shí)候，必須對機(jī)床發(fā)送相應(yīng)的指令，同時(shí)需要等待機(jī)床返回的授權(quán)指令，這樣就保證了機(jī)械手和機(jī)床之間的密切配合，做到不搶拍、不慢拍。

主控流程中省略了CCD 控制部分、機(jī)械手和機(jī)床之間交換信號部分流程。圖2 是機(jī)械手裝卸工件的控制流程框圖。

圖2 機(jī)械手裝卸控制流程圖

4.編程指令說明

機(jī)械手控制程序采用類似BASIC 的程序結(jié)構(gòu)，編程簡單，直觀且容易理解。既能控制機(jī)械手的坐標(biāo)、關(guān)節(jié)移動(dòng)，又能控制IO 系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)外圍設(shè)備的控制。特別是機(jī)械手控制器的多任務(wù)控制，更能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、交錯(cuò)的控制，縮短間歇時(shí)間，提高加工效率。

在機(jī)械手控制指令中，比較常用的有:MOV、MVS 指令，這是機(jī)械手移動(dòng)指令;HOpen、HClose指令，這是機(jī)械手手指張開、閉合指令;Ovrd、JOvrd、Accel 指令，這是速度/關(guān)節(jié)速度、加速度調(diào)整指令;Def PLT、PLT m，n 指令，這是碼垛定義和碼垛坐標(biāo)位置指令;Wait/Dly 指令，這是等待/延時(shí)指令;M_In/M_Out 指令，這是IO 控制指令。

其他的各種程序控制跳轉(zhuǎn)指令和算術(shù)、邏輯控制指令等。由于程序指令很多，在此不一一說明。