三菱機械手在五軸全自動可轉(zhuǎn)位刀片周邊磨床上的應用

陜西漢江機床有限公司 (漢川 723003)張新寧 李 磊

2MZK7150 全自動可轉(zhuǎn)位刀片周邊磨床是“高檔數(shù)控機床與基礎制造裝備科技重大專項”(重大專項課題編號:2010ZX04001-162)重點支持的項目之一，該機床是集光、機、電、液和計算機技術于一體的五軸五聯(lián)動、高速、精密、全自動可轉(zhuǎn)位刀片周邊磨床，其各項技術指標達到國外先進水平。該機床配置大容量立體式料庫，采用五軸工業(yè)機器人自動上、下工件，一次裝夾可實現(xiàn)國標(或ISO 標準)規(guī)定的典型可轉(zhuǎn)位刀片和非標類刀片周邊曲線的精密磨削加工，適用于大批量生產(chǎn)。機床磨削刀片形狀有:三角形、四方形、正方形、長菱形、多邊形及圓形等。磨削刀片材料:硬質(zhì)合金、陶瓷、CBN (立方氮化硼)等。該機床在2012 年4 月舉辦的南京“數(shù)控機床博覽會”上榮獲“春燕獎”，得到用戶的關注和好評。

1.電氣系統(tǒng)配置

機床選用FAGOR8070 高檔數(shù)控系統(tǒng)，可實現(xiàn)五軸五聯(lián)動控制，具有一人多機自控操作功能、工件自動磨削、砂輪自動修整和在線自動平衡及工件的自動清洗功能。該機床還具有在線測量裝置，對加工后的工件進行尺寸、角度測量，將實測數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)進行對比，并將差值進行處理，反映到進給軸上，通過后續(xù)再加工高質(zhì)量完成刀片磨削的功能。

與之配套的有自動料庫控制、刀片的自動裝卸設備。刀片自動裝卸采用日本三菱的四軸水平關節(jié)機械手(俗稱機器人，下同)RH—12SDH8535，增加刀片的裝夾機構，稱為第五軸，采用三菱伺服電動機和驅(qū)動，帶有一個電磁吸盤、兩個爪，作用是給機床上裝夾刀片和從機床上卸載加工好的刀片;為了刀片拾取位置準確，采用了邦納CCD 在線實時照相技術，采集刀片在料盤中的實際位置和方向，便于機械手控制器調(diào)整抓取位置;采用三菱的GT 1275 觸摸屏進行手動操作和機械手動作情況、刀片數(shù)據(jù)等的數(shù)據(jù)顯示、監(jiān)測，利于隨時掌握機床工作情況，操作界面美觀大方、操作簡便;機床控制的Fagor 數(shù)控系統(tǒng)、機械手、觸摸屏之間采用在線網(wǎng)絡通信。作為機械手控制子系統(tǒng)的設計和調(diào)試者，在此主要對料庫控制和機械手控制方面進行簡要的描述。

2.機械手控制器的連接

該機床的機械手控制部分，是一個由三菱四軸機械手、附加第五軸系統(tǒng)、三菱觸摸屏、美國邦納CCD、西班牙Fagor 數(shù)控系統(tǒng)組成的局域網(wǎng)絡，由三菱機械手作為服務器來進行各種數(shù)據(jù)交換。主要控制料盤、料庫的操作，機械手的裝卸動作，觸摸屏操作和顯示，CCD 相機的數(shù)據(jù)通信和處理，與Fagor數(shù)控系統(tǒng)的通信和數(shù)據(jù)交互。

三菱四軸機械手驅(qū)動采用CD2D—741 系列驅(qū)動控制器，內(nèi)部包含有IO 控制 (96 點輸入/96 點輸出)、手持式操作編程單元R32TB，實現(xiàn)無需電腦調(diào)試和編程。機械手最大特點是設定速度快，縮短節(jié)拍時間，實現(xiàn)高精度控制。料庫、料盤、附加第五軸控制 (包括手指動作控制，有時也叫爪)，都是由機械手控制器來完成的，由機械手控制器發(fā)出指令，控制繼電器、接觸器動作以控制電動機和氣缸動作來實現(xiàn)。具體連接圖如圖1所示。

圖1 機械手控制器連接圖

3.程序控制框圖

機械手給機床上裝卸刀片，需要和機床之間進行嚴格的時序控制。這是因為機床加工完成后，機械手才能對機床操作，同時需要機床相應的機構配合動作來實現(xiàn)。

當機械手需要動作的時候，必須對機床發(fā)送相應的指令，同時需要等待機床返回的授權指令，這樣就保證了機械手和機床之間的密切配合，做到不搶拍、不慢拍。

主控流程中省略了CCD 控制部分、機械手和機床之間交換信號部分流程。圖2 是機械手裝卸工件的控制流程框圖。

圖2 機械手裝卸控制流程圖

4.編程指令說明

機械手控制程序采用類似BASIC 的程序結(jié)構，編程簡單，直觀且容易理解。既能控制機械手的坐標、關節(jié)移動，又能控制IO 系統(tǒng)，實現(xiàn)外圍設備的控制。特別是機械手控制器的多任務控制，更能實現(xiàn)復雜、交錯的控制，縮短間歇時間，提高加工效率。

在機械手控制指令中，比較常用的有:MOV、MVS 指令，這是機械手移動指令;HOpen、HClose指令，這是機械手手指張開、閉合指令;Ovrd、JOvrd、Accel 指令，這是速度/關節(jié)速度、加速度調(diào)整指令;Def PLT、PLT m，n 指令，這是碼垛定義和碼垛坐標位置指令;Wait/Dly 指令，這是等待/延時指令;M_In/M_Out 指令，這是IO 控制指令。

其他的各種程序控制跳轉(zhuǎn)指令和算術、邏輯控制指令等。由于程序指令很多，在此不一一說明。