针阀体自动上下料系统的设计

针阀体自动上下料系统的设计

1针转化剂处理工艺发动机是目前最有效的燃料发动机。因而被广泛应用于船舶、公共汽车、发电机组、工程机械、矿山机械和农业机械等领域。针阀体作为柴油机的核心零件,它直接关系到柴油机的工作质量、运行状态和使用寿命。但针阀体喷油孔孔径极小,仅0.1~0.3mm,由于工艺水平和加工水平的限制,初加工完毕的针阀体的喷孔内边缘棱角锐利,且存在一定轻微毛刺,这将会造成柴油机喷油不足、或形成油滴、或者雾化不均匀,使得柴油机燃烧不足、出现氮氧化合物增多等现象。为了提高针阀体处理工艺水平,柴油机制造商装备进口数控机床,对初加工完毕的针阀体实行去毛刺处理,提高产品质量。从实际生产情况看,产品的质量有很大提高,但是设备利用率低、且合格率也相对较低。通过调研分析发现,针阀体处理工艺为人工扫码→人工研磨工位上料→人工研磨工位下料→人工扫码→人工清洗工位上料→人工清洗工位下料→人工扫码→人工测量工位上料→人工测量工位下料→人工根据机床检测结果码垛工件至合格品物料台/次品物料台。机床设计生产节拍约1分钟/件,每天可生产约450件产品,由于1名工人在1分钟内需完成3次扫码、3次上料、3次下料、1次人工码垛等操作,节拍上跟不上机床的生产速度,每天仅生产约150件产品,机床常处于等待运行状态,造成设备利用率低,另外重复枯燥的劳作致使工人经常把合格工件当次品或次品当成合格品,同时人工换料过程中的也会出现磕碰现象,严重影响了产品的合格率。针对该公司针阀体加工时存在的效率低、合格率低的问题,本文设计了一种针阀体自动上下料系统工作站,以PLC控制为核心,结合工业机器人、传感技术以及自动控制技术等,能够省时、省力、高效地实现针阀体的自动扫码、上下料功能。2回转盘上料机器人与生产设备的改进图1给出了一种针阀体自动上下料系统三维图,主要由数控机床、杰瑞搬运机器人、次品物料台、进出料机(图2),相机及辅助工装(图3),双工位手爪(图4)等组成。数控机床由三个加工工位组成,分别为研磨、清洗和测量。研磨工位完成对初加工针阀体中存在的毛刺及喷孔内边缘锐利的棱角进行研磨;清洗工位完成对针阀体腔内残余的磨料及毛刺碎屑冲洗干净;测量工位完成对针阀体喷射流速等技术指标进行测量,并由机床记录测量的相关数据。图2给出了自动进出料机三维图,主要由回转托盘、无杆气缸、滑块、直线导轨、传感器等组成。回转盘每次固定旋转18°,旋转一周需要运行20次。每当机器人完成一次取放料就会发出旋转信号给PLC,PLC通过气缸驱动回转盘旋转一次,回转盘最多可放20件毛坯件及20件合格件。由于采用回转盘,机器人只需示教一个固定的取料点和放料点,即可完成对整个托盘的循环取料及放料,大大降低机器人示教的次数,也保证了精度。通过直线导轨及气缸,实现回转盘在机器人工作区域及人工上下料区域的往返运行,当回转盘上的毛坯工件全部加工完成时,PLC控制回转托盘自动运行至人工下料区,当完成合格件下料及毛坯件上料后,人工点击确认按钮,回转盘返回至机器人工作区域,通过这种机构形式,实现了人与机器人工作区域的完全隔离,保证了操作者的人身安全。图3给出了一种扫码辅助工装三维图,主要由相机、立柱、伺服电机、旋转电机、工件基座,相机位置调节槽等组成。由于工件型号不同,条码的位置也不相同,无法实现固定位置的自动扫码,因此设计一套可自动升降和旋转的辅助扫码工装,解决多种型号工件的自动扫码,兼容性强,扫码成功率高。图4给出了安装于杰瑞机器人法兰盘上的双工位手爪三维图,主要由安装板、气缸、传感器等组成。由于机床在完成研磨、清洗、测量任务的同时需要换上新毛坯件加工,为了提高上下料速度,设计一套双手爪机构,两只手爪交替作为上下料使用,一次即可完成研磨、清洗、测量三工位的上下料任务,大大的提高了生产效率。图5给出了一种阀体自动化生产线的加工工艺流程。机器人从进出料机抓取工件→放入自动扫码工装→完成扫码后,机器人从扫码工装中取工件→机器人从机床研磨工位取出研磨完成的工件,并放入毛坯件→机器人从机床清洗工位取出清洗完成的工件,并放入研磨工位取出的工件→机器人从机床测量工位取出测量完成的工件,并放入从机床清洗工位取出的工件→机器人从测量工位将合格品放入进出料机/不合格品放入次品物料台。3故障记录控制图6给出了针阀体自动化生产线系统硬件架构图。本系统采用总线通信控制方式,集中监控。现场设置西门子300系列主控PLC,并配置西门子触摸屏,实现现场设备的集中监控及故障记录;主控PLC通过PROFINET总线实现和机器人、扫码设备数据通信,通过I/O信号实现与进出料机、数控机床信号进行联动运行。系统预留有工业以太网接口,方便与监控管理中心进行连接,实现全厂数字化车间,如图6中黑色框内部分。4软件方案的设计4.1基于物理控制的数控机床监控及控制PLC程序开发采用西门子可编程逻辑控制程序的标准软件博途,使用ST语言编程、结合FBD功能块图搭建程序框架,PLC软件框架如图7所示。在图7中,参数初始化模块完成伺服电机的速度、加/减速度及报警时间等相关参数的设置。扫码工位控制模块通过接收机器人及触摸屏信号,完成伺服电机的升降、旋转基座的启停、拍照的启停以及接收拍照反馈数据的功能。进出料机控制模块通过接收机器人信号完成托盘的自动送料和输出物料的功能。数控机床通信模块完成对数控机床的工作状态的实时监控及控制,如控制数控机床的启停,接收机床的检测数据,报警状态等。机器人通信模块完成与机床、扫码工位、进出料机之间的数据交互,实现各子系之间的协同配合。4.2工件上下料模块主程序采用模块化设计,软件流程图如8所示。在图8中,参数初始化模块完成手爪的初始化打开、计数的清零等工作。取料模块完成从固定工位抓取毛坯件的功能。扫码模块完成将工件放入扫码工位,并从扫码工位将工件取出的功能。研磨工位上下料模块对研磨完成工件下料及毛坯件的上料功能。清洗工位上下料模块对清洗完成工件下料及研磨完成工件的上料。测量工位上下下料模块对测量完成工件的下料及清洗完成工件的上料功能。放料码垛模块通过机床反馈的检测结果,将加工完成的工件放入进出料机,不合格的物料放入次品物料台。4.3带皮磨砂机器人图9详细列出了机器人执行研磨工位的上下料流程图,机器人通过双手爪的配合,实现取料和放料的同步进行;提高了上下料的速度,清洗和测量工位工作流程与研磨工位类似,将不再进一步阐述。4.4人体软件5u3000macd3-12d2r-m9bl薄型双料烟气机机器人选择江苏杰瑞科技集团研制的JARI-3030KG六轴工业机器人,手爪气缸选择SMC公司的MHF2-12D2R-M9BL薄型双爪气缸,带磁性开关;伺服电机选择松下公司的MSMD012S1U伺服电机及MADKT1505CA1驱动器;视觉由基恩士公司提供定制开发;每天工作时间按照8小时计算。表1为改造前后的对比数据,图11为现场施工图。6控制板及界面设计针阀体自动上下料系统的实施,替代了人工重复性的劳作,降低工人的劳动强度,节约劳动力,提供更安全的工作环境,同时提高了机床利用率,产品合格率也得到提升,给企业带来了巨大的经济价值。触摸屏采用西门子TP1200,支持1600万色显示,最大视角可达170°。触摸屏界面根据系统控制要求,设计四个状态显示界面,分别为机器人、参数设置、状态监测、报警查询。机器人界面完成对机器人运行程序的选择、机器人的启停、