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【摘要】為提高某端蓋零件加工制造效率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備智能化改造，結(jié)合零件工藝要求特點(diǎn)，在分析制定加工工序和多軸機(jī)器人的上下料流程的基礎(chǔ)上，模塊化設(shè)計(jì)端蓋零件智能制造控制系統(tǒng)。詳細(xì)描述端蓋零件智能制造系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試運(yùn)行流程，實(shí)現(xiàn)制造過程智能化與信息化。經(jīng)過工程驗(yàn)證，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行可靠。

【關(guān)鍵詞】端蓋；多軸機(jī)器人；智能制造

在傳統(tǒng)制造業(yè)智能化改造升級過程中，多軸機(jī)器人廣泛應(yīng)用于智能制造單元完成毛坯及工件的上下料、工件移位翻轉(zhuǎn)等工序，可以降低產(chǎn)業(yè)工人的勞動強(qiáng)度，從而快速提高生產(chǎn)效率，成為越來越多工廠智能化升級改造的首要選擇[1，2]。端蓋零件是機(jī)械加工中常見的典型零件之一，由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一般需要車銑復(fù)合加工完成，多次裝夾加工效率低，工人勞動強(qiáng)度較大[3]，為此設(shè)計(jì)智能制造單元加工系統(tǒng)。本文以典型端蓋零件為載體，設(shè)計(jì)智能制造工藝，研究智能制造單元控制系統(tǒng)方案，包括零件工藝分析，機(jī)器人上下料軌跡規(guī)劃，機(jī)床及機(jī)器人聯(lián)機(jī)調(diào)試等內(nèi)容。通過設(shè)備聯(lián)調(diào)與試加工，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，達(dá)到提高生產(chǎn)效率目的。

1智能制造系統(tǒng)硬件組成

如圖1所示端蓋零件智能制造系統(tǒng)硬件主要由控制中心、多軸移動機(jī)器人、自動化料倉、數(shù)控車床、翻轉(zhuǎn)平臺和數(shù)控加工中心六部分組成。控制中心作為上位機(jī)發(fā)送加工需求指令并實(shí)時監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，多軸移動機(jī)器人主要完成銜接不同設(shè)備加工工序的上下料動作，自動化料倉可以分批次存儲毛坯件和加工后的成品工件，數(shù)控車床與數(shù)控加工中心針對端蓋零件的不同工藝要求完成相應(yīng)特征加工。

2智能制造工藝

2.1端蓋零件工藝分析

根據(jù)零件圖紙工藝要求安排加工工序，選擇相應(yīng)帶有以太網(wǎng)功能、配備電動門、吹氣液壓卡盤的數(shù)控車床和數(shù)控鉆攻中心[4，5]，加工工序安排如表1所示。

2.2機(jī)器人機(jī)床上下料規(guī)劃

根據(jù)智能制造系統(tǒng)控制要求，選用具有移動軸的多軸機(jī)器人實(shí)現(xiàn)加工設(shè)備間上下料搬運(yùn)，選用具備定位功能的翻轉(zhuǎn)臺輔助進(jìn)行加工端面切換，選用具備送料臺和下料臺自檢初始化的自動化料倉，多設(shè)備配合完成智能制造單元的智能制造過程[6]。運(yùn)行過程由控制臺下發(fā)生產(chǎn)指令，自動化料倉初始化，保障送料臺位置有毛坯。多軸移動機(jī)器人在自動化料倉送料臺位置抓取毛坯后等待數(shù)控車床換料請求信號，當(dāng)車床完成加工工序后向多軸機(jī)器人發(fā)送換料請求信號。多軸機(jī)器人收到換料請求信號后進(jìn)入車床進(jìn)行上下料換料流程，并按照工序安排放置工件半成品到翻轉(zhuǎn)平臺調(diào)整加工端面，車床加工完成后送入數(shù)控鉆攻中心，最后加工工序完成后再由多軸機(jī)器人將工件成品抓取放入自動化料倉，循環(huán)執(zhí)行直到完成生產(chǎn)任務(wù)實(shí)現(xiàn)智能制造過程，具體流程如圖2所示。

3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1功能模塊設(shè)計(jì)

端蓋零件智能制造系統(tǒng)是由多自動化設(shè)備硬件組成的復(fù)雜智能制造系統(tǒng)，負(fù)責(zé)全局監(jiān)控所有參與加工制造的各自動化設(shè)備。基于Windows10系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，利用C#面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)系統(tǒng)各部分功能。如圖3所示，系統(tǒng)主要由用戶管理、機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、機(jī)械手動作狀態(tài)監(jiān)控、料倉管理、故障記錄與診斷、設(shè)備參數(shù)調(diào)試、生產(chǎn)效能管理等模塊組成。生產(chǎn)效能管理模塊用于下發(fā)生產(chǎn)指令，統(tǒng)計(jì)工件生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)算生產(chǎn)效率，直觀反映所有設(shè)備利用率、工件加工效率，便于安排調(diào)整生產(chǎn)進(jìn)度。設(shè)備參數(shù)調(diào)試模塊可以對系統(tǒng)中參與加工制造的各設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，如數(shù)控設(shè)備的X/Y信號、G信號等參數(shù)。故障記錄與診斷模塊用于記錄加工過程中的故障報警代碼。料倉管理模塊實(shí)現(xiàn)物料的準(zhǔn)備與工件成品的回收工作。多軸機(jī)器人狀態(tài)監(jiān)控模塊用于檢測機(jī)器人動作狀態(tài)，機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控用于監(jiān)測加工過程中的機(jī)床位移數(shù)據(jù)、加工代碼運(yùn)行情況、刀具管理數(shù)據(jù)等。用戶管理模塊對系統(tǒng)使用者權(quán)限進(jìn)行設(shè)置，保護(hù)系統(tǒng)專業(yè)參數(shù)不被隨意修改。

3.2聯(lián)機(jī)調(diào)試流程分析

在數(shù)控機(jī)床與多軸移動機(jī)器人之間建立通訊連接，首先通過機(jī)器人控制器輸出信號檢測機(jī)床執(zhí)行動作（液壓卡盤動作、氣動門動作），只有當(dāng)機(jī)床執(zhí)行動作正常時，才可以連機(jī)運(yùn)行。如控制器輸出信號機(jī)床無法檢測到，無執(zhí)行動作，不可以連機(jī)運(yùn)行，以免造成機(jī)器人與機(jī)床動作不銜接出現(xiàn)碰撞。端蓋零件智能制造系統(tǒng)聯(lián)調(diào)運(yùn)行程序流程如圖4所示，設(shè)備上電后先要開啟加工設(shè)備（包括數(shù)控車床和鉆攻中心）的循環(huán)啟動模式，并打開聯(lián)機(jī)模式。接著對自動化物料臺進(jìn)行初始化，為開始生產(chǎn)前準(zhǔn)備毛坯物料。將多軸機(jī)器人設(shè)定為自動模式，并移動至自動化料倉進(jìn)行毛坯物料抓取。控制臺發(fā)送循環(huán)加工指令，機(jī)器人開始為數(shù)控機(jī)床上料，數(shù)控機(jī)床完成加工任務(wù)后循環(huán)執(zhí)行下一個端蓋零件的智能制造加工流程直至完成加工任務(wù)。

4工程驗(yàn)證

為驗(yàn)證端蓋零件智能制造系統(tǒng)運(yùn)行情況，證實(shí)所設(shè)計(jì)機(jī)器人機(jī)床上下料節(jié)拍的流暢性，搭建如圖5所示端蓋零件智能制造系統(tǒng)真實(shí)生產(chǎn)線。由控制中心發(fā)送批量生產(chǎn)信號，數(shù)控車床完成工件加工任務(wù)，多軸移動機(jī)器人與自動化料倉配合實(shí)現(xiàn)工序之間的上下料動作，減少了原先需要人工裝夾的時間。經(jīng)過實(shí)際設(shè)備聯(lián)調(diào)，端蓋零件智能制造系統(tǒng)各設(shè)備運(yùn)行可靠、穩(wěn)定，可以實(shí)現(xiàn)端蓋零件批量化生產(chǎn)。

5結(jié)束語

針對端蓋零件制造工藝特點(diǎn)，分析制定加工工序和多軸機(jī)器人的上下料流程，模塊化設(shè)計(jì)端蓋零件智能制造控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)端蓋零件制造過程智能化與信息化。工程驗(yàn)證用所設(shè)計(jì)的智能制造控制系統(tǒng)可靠穩(wěn)定運(yùn)行，提高了單個零件的生產(chǎn)效率，該研究為其他典型零部件的智能化改造升級提供一種新解決思路。

作者：張秋杰 單位：廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院智能制造學(xué)院