張玉華，王世鵬，邢海豐

(1.吉林交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130012;2.大連交通大學(xué)，遼寧大連116021;3.吉林建大建筑工程檢測(cè)有限公司，吉林長(zhǎng)春 130000)

柔性制造單元 (FMC)有獨(dú)立的工件儲(chǔ)存站和單元控制系統(tǒng)，能在機(jī)床上自動(dòng)裝卸工件，自動(dòng)檢測(cè)工件，從而可實(shí)現(xiàn)有限工序的連續(xù)生產(chǎn)，適于多品種小批量生產(chǎn)應(yīng)用。

1 8托盤(pán)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)概述

鏈?zhǔn)酵斜P(pán)交換系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。托盤(pán)上裝夾有夾具及工件，在加工過(guò)程中，它與夾具及工件一起流動(dòng)，類(lèi)似通常的隨行夾具。環(huán)形工作臺(tái)用于工件的輸送與中間存儲(chǔ)，托盤(pán)座在環(huán)形導(dǎo)軌上由內(nèi)側(cè)的環(huán)鏈拖動(dòng)而回轉(zhuǎn)，每個(gè)托盤(pán)座上有地址識(shí)別碼。

當(dāng)一個(gè)工件加工完畢，數(shù)控機(jī)床發(fā)出信號(hào)，由上下料驅(qū)動(dòng)裝置將加工完的工件 (包括托盤(pán))拖至回轉(zhuǎn)臺(tái)的空位處，然后由托盤(pán)驅(qū)動(dòng)裝置將加工完的工件(包括托盤(pán))轉(zhuǎn)至手動(dòng)上下料區(qū)對(duì)應(yīng)工位，再由上下料驅(qū)動(dòng)裝置拖至手動(dòng)上下料區(qū)，由操作者進(jìn)行拆卸，并裝上待加工工件;同時(shí)待加工工件 (包括托盤(pán))轉(zhuǎn)至上下料區(qū)對(duì)應(yīng)工位，然后將待加工工件推至上下料區(qū)，由上下料驅(qū)動(dòng)裝置拖至交換區(qū)，再由加工中心的交換裝置將夾具及待加工工件移至加工區(qū)定位加工。

圖1 托盤(pán)交換式FMC

2 夾具光目識(shí)別結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

如圖2所示，工作臺(tái)2安裝在機(jī)床交換區(qū)下支撐結(jié)構(gòu)1上，在工作臺(tái)2的上方安裝有裝夾工件4的夾具10。在夾具10下方底座上鑲嵌有夾具標(biāo)志塊3，在夾具10下方底座的側(cè)邊處位于機(jī)床交換區(qū)下支撐結(jié)構(gòu)1上安裝有激光發(fā)射器7。在機(jī)床交換區(qū)上支撐結(jié)構(gòu)5上安裝有激光接收器6，激光發(fā)射器7與激光接收器6相對(duì)設(shè)置。

圖2 夾具光目識(shí)別結(jié)構(gòu)

在機(jī)床交換區(qū)下支撐結(jié)構(gòu)1上安裝有與氣動(dòng)裝置相接的氣缸9，與氣缸9相配的活塞桿的外端頭連接有護(hù)罩8，護(hù)罩8與激光發(fā)射器7相配，即可罩在激光發(fā)射器7的上方。

加工工件時(shí)，操作者將工件4裝卡完成后，按下手動(dòng)按鈕，使機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)得知裝卡完成。系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，氣缸9動(dòng)作，帶動(dòng)護(hù)罩8運(yùn)動(dòng)，使激光發(fā)射器7露出來(lái)，氣缸9帶動(dòng)護(hù)罩8運(yùn)動(dòng)到指定位置停止。激光發(fā)射器7開(kāi)始發(fā)射激光。夾具標(biāo)志塊3遮擋部分激光，在上方的激光接收器6接收激光。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)激光接收器6接收到激光的實(shí)際寬度判斷夾具的具體編號(hào)。激光發(fā)射器7結(jié)束發(fā)射激光，然后氣缸9動(dòng)作，帶動(dòng)護(hù)罩8回位，罩在激光發(fā)射器7上，加工作業(yè)時(shí)起到保護(hù)激光發(fā)射器7的作用。整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈活可靠，可準(zhǔn)確識(shí)別夾具，保證被加工工件與系統(tǒng)的加工程序一致，提高了機(jī)床的工作效率，進(jìn)一步提高了自動(dòng)化程度，降低了工件的加工成本。

3 8APC夾具識(shí)別數(shù)控系統(tǒng)

托盤(pán)庫(kù)的啟停和定位是通過(guò)I/O LINK軸進(jìn)行的，該軸通常對(duì)外圍機(jī)構(gòu)進(jìn)行固定動(dòng)作的控制完成某種特定的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作。該控制方法是通過(guò)FANUC系統(tǒng)提供的POWER ATE CNC管理功能對(duì)I/O LINK軸進(jìn)行控制，通過(guò)βi系列放大器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，該放大器通過(guò)I/O LINK接口與CNC相連，CNC通過(guò)PLC梯形圖對(duì)該接口進(jìn)行控制從而對(duì)伺服電機(jī)的控制，見(jiàn)圖3。

圖3 數(shù)據(jù)I/O LINK進(jìn)行傳輸、傳遞指令和反饋信息

夾具的辨別。選用數(shù)字型激光傳感器，對(duì)夾具特定的區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)檢測(cè)區(qū)域?qū)鞲衅鞴饽徽趽醮笮亩淖冚敵鲭娏鞯拇笮。娏餍盘?hào)通過(guò)系統(tǒng)的模擬量輸入模塊輸入到CNC系統(tǒng)中，再經(jīng)過(guò)PLC內(nèi)部功能塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換辨別 (圖4)，然后再通過(guò)PLC的邏輯順序通過(guò)系統(tǒng)外部工件號(hào)檢索功能調(diào)用相應(yīng)的加工程序 (見(jiàn)圖5)。

圖4 模擬量輸入X80的PLC

圖5 CNC、PMC和機(jī)床之間的接口信號(hào)關(guān)系

(1)托盤(pán)庫(kù)有8個(gè)托盤(pán) (或托盤(pán)庫(kù)7個(gè)，機(jī)內(nèi)1個(gè))。

(2)設(shè)定托盤(pán)庫(kù)的原位。

(3)在托盤(pán)上安裝夾具。

(4)設(shè)定要加工的托盤(pán)號(hào)。

(5)通過(guò)NC指令啟動(dòng)托盤(pán)庫(kù)，托盤(pán)庫(kù)按照設(shè)定的順序進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，

(6)旋轉(zhuǎn)到位后，程序被調(diào)用出來(lái)后相應(yīng)的夾具托盤(pán)通過(guò)傳動(dòng)裝置送到待交換區(qū)內(nèi)，當(dāng)夾具托盤(pán)確認(rèn)到位后，夾具光目識(shí)別系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)夾具進(jìn)行檢測(cè)，把工件的數(shù)字化編號(hào)信號(hào)輸入到系統(tǒng)內(nèi)。

(7)夾具光目識(shí)別系統(tǒng)成功識(shí)別后，交換裝置啟動(dòng)，把待機(jī)側(cè)的夾具及工件交換到加工區(qū)，通過(guò)PLC調(diào)用相應(yīng)的程序，見(jiàn)圖6，然后加工程序運(yùn)行。

圖6 調(diào)用加工程序PLC部分框架程序

(8)托盤(pán)庫(kù)旋轉(zhuǎn)到與待機(jī)位托盤(pán)號(hào)相對(duì)應(yīng)的工位，把待機(jī)位的托盤(pán)還回到托盤(pán)庫(kù)中。

(9)托盤(pán)庫(kù)旋轉(zhuǎn)到下一個(gè)設(shè)定的需要加工的夾具，等待加工區(qū)內(nèi)加工完成。

(10)加工區(qū)內(nèi)加工完成后，傳感器檢測(cè)托盤(pán)庫(kù)側(cè)需要加工的夾具，然后調(diào)出相應(yīng)的程序，重復(fù)步驟(7)，把待加工的夾具及工件交換到加工區(qū)。

數(shù)據(jù)通過(guò)I/O LINK進(jìn)行傳輸、傳遞指令和反饋信息。

CNC→AMP，控制AMP執(zhí)行指定的動(dòng)作。

AMP→CNC即AMP反饋給CNC的信息，目前AMP處在何種狀態(tài)。

4 結(jié)論

提出的激光工件識(shí)別系統(tǒng)有效提高了識(shí)別的可靠性和穩(wěn)定性，可識(shí)別工件的數(shù)量也得到了提高。通過(guò)工件自動(dòng)識(shí)別和自動(dòng)加工系統(tǒng)，柔性制造單元的自動(dòng)化程度得到了提高，同時(shí)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠性也得到了提高。

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