ＭＸ加工中心自動回原位設(shè)計
2016-7-28 來源：安微理工大學(xué)研究生處 作者：陶高群
機(jī)床原位，即機(jī)床各軸及運(yùn)動元件皆處在一個確定的相對安全位置。在生產(chǎn)過程中，ＭＸ加工中必沒有自動回原位的功能。在自動化生產(chǎn)線開后后，一旦發(fā)生生產(chǎn)故障導(dǎo)致機(jī)床報巧急停，機(jī)工維修人員宿先進(jìn)入加工中也內(nèi)部對各個機(jī)構(gòu)相對位置進(jìn)行判斷，再對各機(jī)構(gòu)有序進(jìn)行手動回原位的操作。因為觀察和手動回原位動作由于工況條件的限制必須兩人或兩人以上協(xié)同進(jìn)行，這樣的工作狀態(tài)下不僅對手動回原位的操作人員有較髙的技能要求，而且對加工中也內(nèi)部的機(jī)工維修人員的生命安全帶來隱患。巧時耗力不僅提商了設(shè)備維修成本，更重要的是降低了維修工作的效率。因此對ＭＸ加工中也在報警急停狀態(tài)下進(jìn)行各關(guān)鍵機(jī)構(gòu)的自動回原位設(shè)計，其現(xiàn)實作用非常大。
４.１ＭＸ加工中古原位的定義
在進(jìn)行回原位設(shè)計之前，先弄清楚ＭＸ加工中也的整體結(jié)構(gòu)和各個機(jī)構(gòu)動作機(jī)理。按工作區(qū)域劃分可將ＭＸ加工中也分為換刀區(qū)域、交換工作臺區(qū)域和加工區(qū)域Ｈ大部分。下面對每個區(qū)域中所包含各機(jī)構(gòu)回原位定義進(jìn)行介紹。
４.１.１換刀區(qū)
換刀區(qū)域主要包括刀爪、主軸拉刀機(jī)構(gòu)等機(jī)構(gòu)，對每個機(jī)構(gòu)的原位狀態(tài)定義如下表 ４．１所示。
表 ４．１換刀區(qū)域原位定義
４.１.２交換工作臺區(qū)
為適應(yīng)缸體缸蓋生產(chǎn)線自動化生產(chǎn)的需要，在交換工作臺區(qū)域包含兩個交換工作臺，當(dāng)生產(chǎn)線產(chǎn)量進(jìn)度要求不高時可只使用一個工作臺。交換工作臺區(qū)各機(jī)構(gòu)的原位狀態(tài)定義如下表４．２所示。
表 ４．２交換工作臺區(qū)域原位定義
４．１．３加工區(qū)
加工區(qū)域主要包括Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、繞Ｙ旋轉(zhuǎn)的軸、ＳＰ軸等。加工區(qū)各機(jī)構(gòu)的原位狀態(tài)定義如下表４．３所示。
表４．３加工區(qū)域原位定義
４．２回原位功能的設(shè)計
ＭＸ加工中也作為缸體自動化生產(chǎn)線上較為關(guān)鍵一個工位，實際生產(chǎn)中各功能模塊間位置緊湊，同時各個機(jī)構(gòu)相對運(yùn)動錯綜復(fù)雜。在進(jìn)行回原位編程時，必須抓住主干，使原本看似復(fù)雜的機(jī)構(gòu)動作順序看的層次分明、條理清晰。
４．２．１回原位功能實施的總體方案設(shè)計
作者査閱大量相關(guān)資料，參考?xì)v年技改的方案計劃，再結(jié)合ＭＸ加工中也本身所特有設(shè)計理念Ｗ及功能特性，將回原位功能程序設(shè)計分為Ｈ個部分，分別為換刀區(qū)回原位ＮＣ程序塊設(shè)計、交換工作臺區(qū)回原位ＮＣ程序塊設(shè)計、加工區(qū)域回原位ＮＣ程序塊設(shè)計。其中，刀庫口與上料口作為ＭＸ加工中也加工區(qū)域與其、他兩個區(qū)域相連接的關(guān)鍵部位，可將送兩部件的工作狀態(tài)作為整個加工中必自動回原位程序的判斷旋轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)。這樣就可Ｗ將看似復(fù)雜的機(jī)構(gòu)動作控制程序有序的整合成模塊式的程序結(jié)構(gòu)。經(jīng)過刀庫口與上料口開關(guān)狀態(tài)的判斷便可根據(jù)需要調(diào)用相應(yīng)程序模塊，簡化現(xiàn)有編程工作的同時也對Ｗ后的機(jī)床功能擴(kuò)展工作減少工作量。整體結(jié)構(gòu)流程圖設(shè)計如圖４．１所示。
圖４．１ＭＸ加工中心回原位整體控制流程圖
４．２．２ＮＣ與ＰＬＣ的通訊
加工中心各關(guān)鍵部位回原位功能得以實現(xiàn)，其中最關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)就是怎么高效快捷的完成ＮＣ與ＰＬＣ之間的通訊問題［？１。ＮＣ控制作為實現(xiàn)機(jī)床各軸按一定規(guī)律運(yùn)動的控制元素。ＰＬＣ作為加工中屯、中一些輔助元素的控制介質(zhì)，例如加工中也中的動作開關(guān)、傳感器、冷卻液、鏈?zhǔn)降稁斓霓D(zhuǎn)動、換刀裝置的控制等等，運(yùn)些都離不開ＰＬＣ的控制。而這兩種控制作為加工中也關(guān)鍵的控制方式，既有分工也充滿聯(lián)系【ｗ。有時為實現(xiàn)某一個功能，會同時用到兩種控制方式。因此，在實現(xiàn)本章節(jié)任務(wù)的過程中，弄清楚ＮＣ與ＰＬＣ之間的通訊機(jī)理。對實現(xiàn)各關(guān)鍵部位更加高效快速的回原位具有積極的意義。
為了便于對機(jī)床功能進(jìn)行擴(kuò)展和調(diào)整，ＭＸ加工中也采用獨(dú)立式ＰＬＣ控制。具體情況如圖４．２所示。
圖４．２外裝式ＰＬＣ系統(tǒng)框圖
此外，ＭＸ加工中也的ＰＬＣ與ＮＣ之間的數(shù)據(jù)傳遞主要是由輸入輸出端口Ｗ及串行接口來負(fù)責(zé)。一般情況當(dāng)對數(shù)據(jù)的實時性要求不高時，可通過串口通信，當(dāng)一些檢測、報警的數(shù)據(jù)則需要專口的Ｉ／Ｏ通道來實現(xiàn)。具體情況如圖４．３所示。
圖４．３外裝式ＰＬＣ與ＮＣ通信結(jié)構(gòu)示意圖
對于ＭＸ加工中也外裝式ＰＬＣ中采用非主動式的通信模塊與ＲＳ２３２串口進(jìn)行點對點式的通信，通信模塊必須接受到主計算機(jī)命令才能工作。
一般的通信情況可分為兩種：第一種為可編程控制器對數(shù)字控制的參數(shù)進(jìn)行讀取和修改；第二種為數(shù)字控制程序?qū)删幊炭刂破鲀?nèi)部的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和修改。在第一種狀態(tài)下，可利用西口子的ｔoolbox提供的ＦＢ２讀取功能模塊Ｗ及ＦＢ３寫ＮＣ變量的功能模塊完成ＰＬＣ對ＮＣ的通信。當(dāng)進(jìn)行宏程序的編寫，進(jìn)行安全監(jiān)控Ｗ及刀庫確定位置等功能時都會運(yùn)用到ＦＢ２／３這兩種功能模塊。
第二種通信狀態(tài)及ＮＣ對ＰＬＣ的通信時，西口子的toolbox提供了ＦＣ２１功能模塊。再結(jié)合具體ＮＣ系統(tǒng)變量就可Ｗ完成某項數(shù)據(jù)的通信。ＮＣ系統(tǒng)變量分為四種狀態(tài)：￥ＡＤＢＢ［ｎ］（８位字節(jié)），＄Ａ＿ＤＭＸ［ｎ］（１６位字），＄Ａ＿ＤＢＤ［ｎ］（３２位雙字），￥Ａ＿ＤＢＲ［ｎ（３２實數(shù)），其中ｎ為地址的偏移量。但對ＰＬＣ數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫訪問時，巧Ｗ字節(jié)為最小工作單位，且ＦＣ２１功能模塊可被立即調(diào)用，數(shù)據(jù)傳送的速度非常快。ＦＣ２１是西口子８４０Ｄ系統(tǒng)己經(jīng)編好的一個功能，用于數(shù)據(jù)的讀寫訪問，需要進(jìn)行通訊時只需直接調(diào)用即可。外裝式ＰＬＣ—個優(yōu)點就是編程者可Ｗ自由地定義變量類型，使得編程更加多元化，方便工程人員操作。另外，一次通訊可包含１０２４字節(jié)的數(shù)據(jù)量。在本設(shè)計中，換刀手及交換工作臺程序部分都涉及到了ＦＣ２１的調(diào)用[47]。
為便于數(shù)據(jù)的信息的交換，在ＰＬＣ與ＮＣ之間ＳＩＮＵＭＥＲＩＫ數(shù)控系統(tǒng)提供ＤＰＦ公共存儲區(qū)，大小為４０％字節(jié)。ＰＬＣ定義的接口地址與ＮＣ定義的系統(tǒng)變量都統(tǒng)一和公共存儲區(qū)一一對應(yīng)通過地址一一對應(yīng)方式就能實現(xiàn)ＮＣ與ＰＬＣ之間數(shù)據(jù)的同步［４０-４１］。Ｗ本次編程中所需部分對應(yīng)地址信息為例，查閱相關(guān)資料明確ＰＬＣ定義的接口地址所對應(yīng)ＮＣ系統(tǒng)變量，如表４．４所示。
表４．４胞系統(tǒng)變量與ＰＬＣ信號對照表
４．３回原位ＮＣ程序設(shè)計
４．３．１換刀區(qū)回原位ＮＣ程序設(shè)計
根據(jù)換刀區(qū)域各機(jī)構(gòu)相關(guān)動作順序分析，結(jié)合各順序動作的特點，確定了四個能執(zhí)行換刀臂回原點功能的位置節(jié)點。要想確定換刀區(qū)所處于哪個位置節(jié)點，必須對換刀區(qū)域中Ｑ軸位置、換刀手處處于新刀位還是舊刀位、刀爪是否處于夾緊狀態(tài)。通過這Ｈ個問題的考量，就能很明確換刀區(qū)域所處的工作狀態(tài)，再根據(jù)不同的工作狀態(tài)明確巧用哪種回原位ＮＣ程序。換刀過程流程圖如圖４．４所示。
通過研巧換刀區(qū)程序流程圖，再結(jié)合相應(yīng)信號所對應(yīng)的ＮＣ系統(tǒng)變量，對換刀區(qū)各運(yùn)動部件的位置節(jié)點判斷程序和各位置節(jié)點所對應(yīng)的換刀區(qū)回原位程序進(jìn)行編制，具體內(nèi)容如下：
判斷換刀機(jī)構(gòu)的物理位置，跳轉(zhuǎn)到相關(guān)插入點程序：
４．３．２交換工作臺回原位ＮＣ程序設(shè)計
與換刀區(qū)程序設(shè)計構(gòu)思相同，交換工作臺區(qū)域回原位程序的調(diào)用，也是通過判斷上料口＾＾Ｊｌ及工作臺的狀態(tài)來判斷他們的狀態(tài)位畳然后分別調(diào)用相關(guān)程序的。交換工作臺回原位程序設(shè)計流程如圖４．５所示。
圖４．５交換工作臺回原位程序設(shè)計流程圖
由交換工作臺回原位程序設(shè)計流程圖可知，＾＾Ｊｌ上通過判斷上料口是否關(guān)閑、ＰＷｌ是否在原位、ＰＷ２是否在原位可確定兩個工作臺分別所處狀態(tài)，１＾＾便調(diào)用相關(guān)糧序回原位。同時通過査閱相關(guān)資料得到：上料ｎ的狀態(tài)所對應(yīng)系統(tǒng)變量為＂＄Ａ＿ＤＢＢ［４（Ｈ］Ｂ＿ＡＮＤ１＂；判斷工作臺是否處于上、下料過程的程序語句為＂ＩＦ＄Ａ＿ＤＭＸ［４２２］〇０＂；明確所需回原點的工作臺程序語句為＂ＩＦ＄Ａ＿ＤＭＸ［４２０］＝＝？＂。再結(jié)合交換工作臺回原位程序設(shè)計流程圖，編寫交換工作臺回原位ＮＣ程序如下：
４．３．３加工區(qū)域回原位ＮＣ程序設(shè)計
與換刀工作區(qū)域和交換臺工作區(qū)域相比，加工區(qū)域的回原位程序設(shè)計就沒有那么復(fù)雜，回原位流程的判斷也很簡單，只需要將加工區(qū)域內(nèi)的各軸退回安全位置即可。在加工區(qū)域中的軸主要包括有Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｂ及主軸，根據(jù)經(jīng)驗要求需先將Ｚ軸回原位，然后分別為Ｘ、Ｙ、Ｂ回原位，最后主軸停止轉(zhuǎn)動。其中有種特殊情況是當(dāng)Ｚ軸出現(xiàn)位置超前報普提示時，需要先手動將Ｚ軸退進(jìn)，然后再進(jìn)行Ｚ軸的回原點程序運(yùn)行。加工區(qū)域回原位ＮＣ程序如下；
４．４本章小結(jié)
通過對ＭＸ加工中也的整體結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)工作原理進(jìn)行分析，確定編程的總體方案，并對ＮＣ與ＰＬＣ的通信方式進(jìn)行分析，保證了加工中也在停車維修的狀態(tài)下實現(xiàn)了自動回原位的功能，使得ＮＣ回原位程序相比較而言更加模塊化、高效化。保障機(jī)內(nèi)維修人員生命安全的同時，降低維修成本，提高維修工作的效率。
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