楊振宇，黃煥生，陳麗珠

（1.中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東中山 528400；2.廣東廣都電扶梯部件有限公司，廣東中山 528400；3.中山市奧斯精工機(jī)械科技有限公司，廣東中山 528400）

聯(lián)接板作為五金件大量使用在電梯、橋梁、機(jī)架連接等行業(yè)。聯(lián)接板上一般都有用于聯(lián)接的螺栓孔，這些孔的定位與加工，通常都是由技工操作鉆孔機(jī)床進(jìn)行加工，費(fèi)時費(fèi)力，對某些特殊用途的聯(lián)接板，對孔的位置有很高的精度要求，人工依靠機(jī)床的單工件加工，沒有解決人工上下料、人多和現(xiàn)場物料堆積多的特點(diǎn)[1]，既不能保持最終成品的一致性，而且速度較慢，生產(chǎn)效率低下。

為了降低五金聯(lián)接板的加工成本，提高加工精度，提升生產(chǎn)效率，研制一種以五金聯(lián)接板為加工對象的全自動上料、精確定位、鉆孔加工的全自動生產(chǎn)線，具有重要意義。下面介紹一種基于上料機(jī)械手的柔性鉆孔生產(chǎn)線的設(shè)計。

1 生產(chǎn)線總體設(shè)計

“基于上料機(jī)械手的柔性鉆孔生產(chǎn)線”，能對工件物料進(jìn)行“料庫檢測、推料、傳送、機(jī)械手上料、工裝夾具夾緊、工件加工”全過程。

從系統(tǒng)組成單元布局，采用環(huán)形加工工藝流程，如圖1所示為生產(chǎn)線環(huán)形結(jié)構(gòu)布局。

圖1 生產(chǎn)線環(huán)形結(jié)構(gòu)布局

1.1 生產(chǎn)線運(yùn)行流程

工件經(jīng)料庫推出后，經(jīng)傳送帶向前傳送，工件被檢測到達(dá)指定位置后，停止前進(jìn)，上料機(jī)械手啟動進(jìn)行夾取上料與定位。鉆孔加工單元及加工平臺上的工裝夾具[2]單元位于環(huán)形的末端，這種機(jī)械構(gòu)成的布局方式，節(jié)約了空間，使生產(chǎn)線設(shè)備布局緊湊，易于在實(shí)際應(yīng)用的加工車間進(jìn)行放置。

為實(shí)現(xiàn)鉆孔時工件的精確上料與定位，上料機(jī)械手[3]采用氣動伺服系統(tǒng)，同時以實(shí)現(xiàn)對工件加工的最大柔性，為便于生產(chǎn)速度的柔性，使用變頻器，并采用DA轉(zhuǎn)換和485通信的控制方式，對工件傳送線進(jìn)行連續(xù)變頻調(diào)速控制。并采用運(yùn)動控制模塊對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行多段速控制，以保證加工的精度。

圖2為生產(chǎn)線的運(yùn)行工作流程及技術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計構(gòu)成。

圖2 生產(chǎn)線運(yùn)行工作流程

1.2 加工的柔性

一方面，通過程序調(diào)整控制伺服機(jī)械手的定位位置，以對不同的工件進(jìn)行夾送上料和定位，使生產(chǎn)線具備一定的柔性[4]；同時，加工單元的刀具的進(jìn)給采用步進(jìn)控制方式，通過運(yùn)動控制器FX2N-1PG實(shí)現(xiàn)刀具高速進(jìn)給、減速對刀、恒速加工的三段速控制，提高了加工效率和加工精度。

另一方面，通過人機(jī)界面調(diào)整加工參數(shù)，根據(jù)不同的工件材料，靈活設(shè)置進(jìn)給速度，提高加工質(zhì)量；除此之外，傳送線驅(qū)動電機(jī)采用變頻調(diào)速控制，并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換和485通信，使傳送線的速度可以連續(xù)調(diào)整，通過調(diào)節(jié)傳送線的傳送速度，和調(diào)節(jié)伺服機(jī)械手的運(yùn)動速度，可以調(diào)節(jié)單位時間的工件生產(chǎn)速度，使生產(chǎn)速度具備一定的柔性。

與現(xiàn)有自動鉆孔機(jī)相比，該設(shè)備具有如下顯著特點(diǎn)：

1）上料機(jī)械手采用氣動伺服機(jī)械手，極大提高了工件定位精度，同時使加工不同規(guī)格的工件成為可能。2）從工件料庫的推料、傳送、機(jī)械手上料、定位、夾緊、加工、下料，全程實(shí)現(xiàn)自動化，自動化程度高，大大提高了生產(chǎn)效率。3）人機(jī)交互采用HMI終端[5]，可以根據(jù)工件的材料不同，設(shè)置和調(diào)節(jié)加工速度，保障工件加工質(zhì)量。4）在工件規(guī)格選擇、工件精確定位，加工速度，上料速度等多個方面可以進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)，大大提高了生產(chǎn)線的加工柔性。

2 氣動伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計

為實(shí)現(xiàn)工件位置調(diào)整和準(zhǔn)確定位，工件的上料機(jī)械手采用氣動伺服控制，氣動伺服控制系統(tǒng)可以非常方便地實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)無極定位和調(diào)速，并可達(dá)到最佳速度和緩沖效果。與電伺服系統(tǒng)相比，氣動伺服控制系統(tǒng)具有價格低廉、速度高、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，氣動伺服控制系統(tǒng)主要由氣缸、位移傳感器、氣動伺服閥和控制器組成[6]。圖3為生產(chǎn)線電氣控制系統(tǒng)組成框圖。

圖3 控制系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)選用MPYE-5-1/LF型伺服閥，最大流量350 L/min，工作壓力0～1 MPa，滿腔值響應(yīng)頻率100 Hz，使用無桿氣缸DGPL-25-500，缸徑25 mm，長度500 mm，伺服控制器選用SPC200，該啟動伺服定位系數(shù)設(shè)定的移動速度為0.1 m/s，定位精度達(dá)到0.1 mm。氣動伺服系統(tǒng)使用WinPISA_Version_4.5軟件，通過PC機(jī)進(jìn)行硬件及參數(shù)的配置與編程。

由于氣動伺服控制可以實(shí)現(xiàn)無極定位和調(diào)速，因此，采用氣動伺服系統(tǒng)的機(jī)械手可以根據(jù)輸給的電信號使氣缸活塞在任意位置定位，使設(shè)備具備柔性定位功能。

3 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

為實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動控制，系統(tǒng)采用三菱可編程控制器FX3U-64MT作為控制器，使用一個特殊模塊FX2N-1PG來實(shí)現(xiàn)鉆孔加工的Z軸方向進(jìn)給的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動控制。為調(diào)節(jié)工件傳送速度，使用一個模擬量控制模塊FX0N-3A和通信模塊FX3U-485-BD，以實(shí)現(xiàn)傳送線的無極變頻調(diào)速，人機(jī)使用三菱GT1150-Q-C型觸摸屏，F(xiàn)R-D700變頻器1臺，Q2BH44MC步進(jìn)驅(qū)動器1個，步進(jìn)電機(jī)1個，三相電機(jī)1個，直流電機(jī)1個，F(xiàn)S-V11光纖傳感器1個，BEN300光電傳感器1個，接近開關(guān)1個，限位開關(guān)2個，磁性傳感器9個。如圖4所示為主程序流程圖，圖5是自動加工控制流程。

圖4 主程序流程圖

圖5 自動加工流程圖

4 結(jié)束語

如上所闡述的基于上料機(jī)械手的柔性鉆孔生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了聯(lián)接板工件的全自動上料、裝夾定位、加工與下料，解決了各機(jī)械構(gòu)成模塊單元之間相互協(xié)同相互配合的問題，加工速度柔性控制、定位精度與加工精度等問題。采用氣動伺服機(jī)械手實(shí)現(xiàn)加工工件的自動上料，上料成功率達(dá)到100%，工件的定位精度達(dá)到0.1 mm；生產(chǎn)線采用變頻調(diào)速控制，并通過調(diào)節(jié)伺服機(jī)械手的運(yùn)動速度以及觸摸屏調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)，可以使設(shè)備樣機(jī)在工件選擇與加工速度方面具備一定柔性。

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