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卧式数控车床上下料三轴机械手的控制系统设计

  针对上下料死板手运动屡次且牢靠性恳求高的特性,计划了基于三菱PLC 的卧式数控车床上下料死板手的电气局限体系硬件和软件。硬件体系席卷主局限器、触摸屏、伺服体系、电源体系等,软件体系席卷运动局限模块、通信模块、阻滞检测模块。为了杀青死板手处事形态的正在线监测,正在及时搜罗死板手伺服电机编码器地点反应信号的根柢上,提出了基于统计历程监控表面的死板手早期阻滞检测门径。该卧式数控车床上下料三轴死板手的局限体系,拥有死板手早期阻滞检测性能,可提升死板手的处事牢靠性。

  近年来,我国劳动力本钱延续攀升,良多死板创修企业面对招工难、用工难的题目,要紧须要擢升自愿化出产程度,淘汰人为,提升劳动结果。死板手可能杀青数控车床的上下料自愿取件,可能撙节人为,低落企业出产本钱,是目下死板创修企业自愿化出产的紧张进展对象。目下,我国运用工业机械人实行上下料的数控车床内行业内比例还是较低。所以,上下料死板手的计划和研发有帮于提升数控车床的自愿化出产程度,拥有壮阔的运用远景。

  谢志江等作战了搬运死板手的三维运动实体模子,认识了其消息态个性,优化了截面机合,避免了死板手的共振题目。邓敏等人[2]探讨了齿轮淬火压床上下料工艺恳求,计划了齿轮淬火死板手的 PLC局限体系计划,并试验说清楚该体系计划合理牢靠。赵锦荣[3]认识了数控双动拉伸机自愿化出产的工艺需求认识,研发了拉伸机的上下料专用死板手,用于杀青拉伸机的上下料自愿化和无人化,有用提升了拉伸机出产结果和产物格料。丁锦宏[4]认识了数控车床上下料的工艺流程,计划了基于 PLC 的死板手局限体系,个中采用气缸和步进电机驱动,给出了序次局限梯形图步骤计划思绪。吕鹏飞[5]提出了一种圆柱坐标型的数控车床死板手计划,北京正规磨床加工如何收。要点先容了手腕、手抓和手臂的计划。段成燕[6]探讨了车床上下料的工序特性和手脚恳求,基于有限元认识计划了死板手机合的环节部件,通过可转换爪式夹具,杀青了一机多用的性能目的。孔祥志[7]计划了一种摆臂式车床上下料死板手,重要采用气动式样,本钱低,牢靠性好,可实用于短轴类零件车削加工的自愿上下料,然而因为铁屑对运动部件的影响,所以活该板手不实用于车削量较大的加工厂合。

  上述探讨工行动数控车床死板手的研发供给了根柢; 然而,目前上下料死板手的局限体系有待鼎新,奇特是研究到上下料死板手处事处境恶毒,往还运动屡次,且牢靠性恳求上等特性,有需要计同等种具备阻滞监测性能的上下料死板手局限体系,以提升数控车床的自愿化天生程度。

  文中针对图 1 所示的卧式车床上下料三轴死板手,计划活该板手的局限体系。活该板手采用中心立柱,杀青 “一拖二” 性能,即一台死板手餍足两台卧式车床 ( I 和 II) 自愿上下料的处事。

  死板手重要杀青 x、y 和 z 轴向的 3 个直线运动,行程规模可能依照卧式车床型号全部确定。上述三轴运动划分由松下 A5 系列伺服电机驱动,并配有相应的减速机。伺服电机驱动器采用脉冲信号局限输入。此三轴伺服死板手的益处是可能采用简化式料仓,即料仓无需运动,由死板手三维运动拾取料仓中陈列的毛坯棒料。

  为了杀青死板手手部一次进入卧式车床内部后可能同时结束上料和下料的两个手脚恳求,正在此死板手z 轴底部计划了两个三轴气爪 B 和 C。这两个气爪 B和 C 的轴线组织配置,而且装配正在统一个 180扭转的气缸 A 上。所以,当死板手正在料仓处时,操纵竖直的气缸 C 拾取毛坯棒料,进入车床内部靠拢车床三爪卡盘之后,气爪 B 拾取造品 ( 即下料) ,然后气缸 A 扭转 180杀青气爪 B 和 C 换取地点,并把气爪 C 中的毛坯棒料送入空的车床三爪卡盘当中( 杀青上料手脚) ,最终死板手手部退出车床,把气爪 B 中的造品扔进造品筐,结束本次上下料处事。下一轮回是为另一台车床上下料,也采纳仿佛的手脚序次,只但是气缸 B 和 C 地点和性能换取。死板手的手脚序次如图 2 所示,死板手为车床( I) 和车床 ( II) 轮替上下料而且延续轮回,死板手的处事时光泽显幼于车床车削零件时光的 1 /2。

  基于三菱 PLC 的工控模块杀青前述三轴伺服死板手的局限。依照死板手局限所需输入输出的点数,此工控模块挑选 FX3U-64MR 型局限器为主局限器,正在圭表形式下其基础指令推行时光只需 0. 21 s,正在不带定位模块情状下,可能容易地杀青三轴定位和联动,可能餍足本死板手运动局限需求。其余,挑选GS2107-WTBD 三菱触 摸屏 作 为 人 机 交互 界 面,用于死板手处事参数配置和修造局限。

  为提升该电控体系电磁兼容性,计划了电源滤波器模块,以造止被表界电磁作对和作对电源。供电电源源委滤波器之后,由断途器 ( 空开) 实行上电局限,并源委熔断器和交换接触器给伺服驱动体系供电。交换接触器可能由伺服上电按钮局限,也可能计划成由 PLC 输出点局限。其余,依照伺服驱动器处事须要,摆设造动电阻。因为松下 A5 交换伺服电机和配套驱动器以及三菱 PLC、触摸屏都是 220 V 交换电供电,是以电源滤波器、断途器、熔断器和交换接触器等挑选两相即可,同时具备接地线。三菱 PLC 操纵脉冲信号给伺服驱动器指令,驱动器搜罗伺服电机的地点编码器反应指令并依照局限结果给伺服电机输出局限电流。三菱 FX3U-64MR 型 PLC 与三菱触摸屏 GS2107-WTBD之间采用 RS-422 串行通讯式样直接换取局限指令和设定参数。三菱触摸屏 GS2107-WTBD 是人机交互的修造,其内部步骤由三菱触摸屏编程软件 GT Desig-ner 斥地,重要席卷通信软件模块、局限参数设定模块、死板手启停模块等。计划死板手的电柜组织时,应该将较重的部件放鄙人面,如变压器 ( 借使须要) ; 正在电控柜上部装配易发烧元件 ( 如驱动器、造动电阻等) ,并靠拢排风口地点; 同时局限线缆与驱动器、驱动线缆分隔走线。电控柜造造时还要预防电缆线材的挑选。死板手局限体系务必同时配合 3 个轴的两头极限地点和原点地点传感器,可能挑选非接触式的开合量霍尔传感器。

  FX3U-64MR 型 PLC 局限器的 端 口 Y0、 Y1、 Y2可能输出最高频率为 100 k Hz 的脉冲。基于这些脉冲信号和其他端口的对象信号,可能通过驱动器局限伺服电机的转速和转角,从而杀青死板手 3 个对象的搬动速率和搬动地点。基于三菱 FX3U-64MR 型 PLC 可能采用 PLSY 和 PLSR 指令,可容易地杀青上述三轴的加减速局限和定位局限。

  活该板手要杀青 “一拖二” 的车床自愿上下料,三菱 FX3U 系列 PLC 增援步进序次局限梯形图步骤。所以,操纵图 2 给出的上下料死板手手脚办法,正在确定各办法迁徙要求根柢上,可能绘造出活该板手的处事状 态 转 移 图,并 根 据 状 态 转 移 图 编 造 三 菱 PL-CFX3U-64MR 型 PLC 的步进序次梯形图。该型 PLC 因为拥有特意的定位局限指令和局限寄存器,可能相等方便地杀青三轴伺服运动局限。各轴直线运动的开始地点、尽头地点、加快时光、减速时光、最大速率等均用数据寄存器存储,以便用户依照须要正在触摸屏中设定 ( 即触摸屏通过 RS-422 通信将参数值写入数据寄存器) 。此死板手的的软件模块如图 4 所示。

  初始化软件模块中 PLC 结束自检和输入输出通道检测。找原点软件模块依照用户正在触摸屏中的操作指令,启动后各轴都依据必定的地点探寻形式搬动到原点地点。通信软件模块杀青 PLC 与触摸屏的 RS-422 通信,即授与触摸屏传送过来的局限指令和局限参数,并推行相应手脚和存储相应局限参数。步进序次局限模块结束图 2 所示的车床上下料手脚。手动局限模块用于死板手操作员的手动示教,即手动局限各轴运动 ( 点动或络续动) 找到相应的工序地点并存储地点数据,用于步进序次局限。三菱 PLC 采用 GXWorks 编程结束步骤编造。

  活该板手局限体系软件还计划有阻滞监测软件模块,对死板手非寻常发抖或非寻常振动的阻滞实行监测。活该板手阻滞诊断门径重假若基于死板手处事历程中手脚的反复性,操纵统计历程监控道理,针对死板手 3 个轴的伺服电机编码器的地点馈信号 ( 即脉冲信号) ,正在时域认识其残差的均值、方差、峰值等统计特性值,可能用特性值的企图结果鉴定阻滞形态。记寻常 形态 下 机 械 手 x 轴 的 标 准 位 置 轨 迹 为x( n) ,n 从 1 到 N ( 透露时光) 。x( n) 透露了该轴的加快、匀速和减速 3 个历程。假设某次处事形态下,监测获得的地点轨迹为 x( n) ,n 从 1 到 N,则残差的均值 M、方差 V,峰值 P 等特性值划分企图如下:

  企图出上述特性之后,并与事先存储的寻常形态下地点反应信号实行对比,从而鉴定死板手处事形态。其他 Y 轴和 Z 轴的阻滞监测门径也类似。

  机械换人是我国死板创修企业进展的肯定趋向,本文作家凭借上下料死板手的处事特性,计划了一种具备阻滞监测性能的上下料死板手局限体系。该体系可能按期搜罗死板手伺服电机编码器地点反应信号,基于统计历程监控表面操纵时域特性值实行死板手阻滞诊断,提升了死板手的牢靠性。