发动机曲轴自动上下料装置的研究

发动机曲轴自动上下料装置的研究

1.机械手配置情况自动上下料设备是实现计数连续、自动加工的重要环节，是数控机床制造工艺的前提和桥梁。对于多品种、小批量、加工时间较长的零件,上下料在整个生产周期中所占的时间较少,采取人工上下料方式切实可行;但是对于少品种、中大批量、单个零件加工时间较短的零件,如发动机曲轴,采用自动上下料以减轻劳动强度、提高生产效率、降低制造成本、减少人力资源的投入,已成为必然的趋势。ZD30发动机曲轴粗加工自动线(图1)的工艺流程为:铣端面、钻中心孔→车大小端外圆、车平衡块端面→车拉主轴颈及圆角→内铣连杆颈及圆角。自动线分两个工段,1#机械手负闸。主要配置如下:(1)功能包,规格为A02B-0312-H532。(2)基本单元,规格为A02B-0311-B520。(3)LCD/MDI单元,7.2英寸单色,规格为A02B-0309-H143#M。(4)主板,486/PMC-SA1,规格为A02B-0311-H103。(5)电源单元,规格为A02B-0309-H111。(6)数字伺服功能,规格为A02B-0309-H590#90B5。(7)4轴控制卡,规格为A02B-0309-H032。(8)分线盘I/O模块,基本模块,规格为A03B-0815-C001,2块。(9)分线盘I/O模块,带手轮扩展模块,规格为A03B-0815-C002,1块。(10)分线盘I/O模块,不带手轮扩展模块,规格为A03B-0815-C003,4块。(11)X轴伺服电机,βi8B/3000,绝对位置检测,规格为A06B-0075-B503。(12)A轴伺服电机,βi12B/2000,绝对位置检测,规格为A06B-0077-B503。(13)B责1#工段的上下料,2#机械手负责2#工段的上下料,3#机械手负责1#工段与2#工段之间工件的转运,2#输送机和3#输送机同时起到中间缓冲和过渡的作用。其中1#和2#龙门机械手均为双爪机械手,3#龙门机械手为单爪机械手,均采用PLC控制。2008~2010年陆续对其控制系统进行技术改造,1#和2#机械手的改造方案为FANUC数控系统。以下重点介绍1#机械手的控制。2.电机转速、转速和绝对位置检测1#龙门机械手控制系统采用FANUC-0i-mate-MC数控系统,其硬件配置如图2。机械手水平移动轴为X轴,A爪/B爪上下移动轴分别定义为A轴/B轴。X轴电机额定转矩7N·m,额定转速3000r/min;A/B轴电机额定转矩均为11N·m,额定转速2000r/min;3个轴电机均是βi系列伺服电机,均采用绝对位置检测,且带抱轴伺服电机,βi12B/2000,绝对位置检测,规格为A06B-0077-B503。(14)伺服放大器,FSSB接口,SVM1-20i,规格为A06B-6130-H002,3个。3.宏观变量及请求信号产生1#龙门机械手为双爪机械手,A/B双爪分工如下:1#输送机。B爪取料,A爪无用;端面钻铣床。A爪取料,B爪放料;1#测量机。B爪取料,A爪放料;1#曲轴车床。A爪取料,B爪放料;2#曲轴车床。A爪取料,B爪放料;2#测量机。B爪取料,A爪放料;2#输送机。B爪放料,A爪无用。A爪/B爪分工如图3。在一个循环中,机械手一共有12个水平位置,按X坐标值由小到大排列依次是B1、B3、A2、B4、A5、B7、A6、B9、A8、B10、A11、B12,所对应的宏变量#500~#511,对应关系见表1。A爪/B爪取放料操作过程有3个位置:原位、快速位置、到达位置。在所有12个工位A爪/B爪操作原位相同,A爪/B爪原位宏变量分别为#529和#549,但在不同工位取/放料操作的快速位置与到达位置均不同,全部采用公共变量定义,变量范围#520~#556,具体定义见表1。机械手取/放料操作的请求信号在数控系统PMC中产生,然后通过接口宏变量#1000~#1014从PMC传到宏程序中,#1000~#1014变量与PMC信号的对应关系见表2。图4为产生取/放料请求信号的流程图。PMC在产生取/放料请求信号时,遵循以下原则:(1)机械手在自动线各设备处先取料,后放料。(2)在某一设备处,如果设备内无料,可跳过取料请求,直接产生放料请求。(3)1#曲轴车床与2#曲轴车床加工工序完全一样,工件从1#测量机中出来后,只需经过1#曲轴车床或2#曲轴车床,就可进入2#测量机。同等条件下,1#曲轴车床优先。(4)循环一旦启动,请求信号依设备位置排列先后,依次产生取/放料请求信号。当2#输送机处放料结束,又重新开始新的循环。每次循环开始,判断一次有否“循环停止信号”,如有,循环中止。4.机械手推液压机位置检查机械手自动操作和手动操作均通过数控系统宏程序实现,虽然两种操作选择的工件程序号不同,但CNC都是存储器运行方式。图5给出了机械手自动运行宏程序O1的流程图,其总体思想是:(1)对#1000~#1011一共12个取/放料请求信号作循环扫描,如果其中某一个请求信号为1,则进行相应操作。(2)在整个连续循环中,只在1#输送机处取料操作前,判断连续循环是否需要中止。(3)机械手在x向一共12个工位,分别用CNC系统参数设置12个软位置开关。机械手在每个设备处进行取/放料操作,X轴定位完成后,均用M代码作相应位置检查。该位置检查的内容包含X轴的位置和手爪的张开/闭合状态。O2~O31是手动操作程序。O30是A爪上升回原位程序。O31是B爪上升回原位程序。O29是机械手3个坐标轴全部回原位的运行程序,它们回原位的次序是先A、B轴,后X轴。O2~O13分别对应机械手在x向12个工位的手动定位,工位号由按钮站拨码开关设定。工件程序号=工位号+1。O2~O13说明如下:O2——机械手B1工位,即机械手B爪到达1#输送机位置。O3——机械手A2工位,即机械手A爪到达钻铣机位置。O4——机械手B3工位,即机械手B爪到达钻铣机位置。O5——机械手B4工位,即机械手B爪到达1#测量机位置。O6——机械手A5工位,即机械手A爪到达1#测量机位置。O7——机械手A6工位,即机械手A爪到达1#曲轴车床位置。O8——机械手B7工位,即机械手B爪到达1#曲轴车床位置。O9——机械手A8工位,即机械手A爪到达2#曲轴车床位置。O10——机械手B9工位,即机械手B爪到达2#曲轴车床位置。O11——机械手B10工位,即机械手B爪到达2#测量机位置。O12——机械手A11工位,即机械手A爪到达2#测量机位置。O13——机械手B12工位,即机械手B爪到达2#输送机位置。O17~O28分别对应机械手12个工位下A爪或B爪的下降操作。O17~O28说明如下:O17——机械手B爪在1#输送机处下降。O18——机械手A爪在钻铣机处下降。O19——机械手B爪在钻铣机处下降。O20——机械手B爪在1#测量机处下降。O21——机械手A爪在1#测量机处下降。O22——机械手A爪在1#曲轴车床处下降。O23——机械手B爪在1#曲轴车床处下降。O24——机械手A爪在2#曲轴车床处下降。O25——机械手B爪在2#曲轴车床处下降