基于机器人的不锈钢厨具拉伸成型自动生产线构建.doc

基于机器人的不锈钢厨具拉伸成型自动生产线构建基于机器人的不锈钢厨具拉伸成型自动生产线构建李伟光林思引(华南理工大学机械制造及其自动化学院,广东广州510641)摘要:为了提高不锈钢厨具拉伸成型生产线的自动化水平,改善现场工作环境,采用T-TPLC+PC控制模式的机器人,结合重叠检测装置和冲压机的工作特点,构建了包含设备层,控制层与管理层的基于机器人的不锈钢厨具拉伸成型生产线.实验表明,该拉伸成型生产线设计合理,满足生产自动化的需求.关键词:m,ll,机器人PLC+PC拉伸成型自动生产线不锈钢厨具中图分类号:TN805文献标识码:BThedesignofproductlineofstainlesssteelkitchenwaredrawingandformingbasedonrobotLIWeiguang,LINSiyin(SchoolofMechanical&AutomotiveEngineering,SouthChinaUniv.ofTech.Guangzhou510641,CHN)Abstract:Toincreasetheautomaticlevelofproductlineofstainlesssteelkitchenwaredrawingandforming,vetheworkingenvironment.ThepaperdesignsaautomaticproductlinebasedonrobotwithPLC+PCcontrolmodeincludesdevicelayer,controllayerandmanagementlayer.Theresultshowsthatthede.signoftheproductlineisreasonableandmeetwiththerequirementofautomaticproduct.Keywords:IndustrialRobot;PLC+PC;DrawingandForming;AutomaticProductLine;StainlessSteelKitchen.Ware不锈钢餐厨具以其美观轻便,光洁,易于清洗,不锈蚀等优点颇受国内外消费者欢迎,已逐渐成为餐具中的主流.不锈钢厨具拉伸成型生产线主要完成取料,冲压拉仲和卸料等工序.传统的生产方式由人工取料,并对钢板和模具喷油润滑,再手动送料人冲压机成型,最后卸料.由于工人操作的不稳定性,从而影响冲压产品质量的稳定性.同时,加工过程涉及机械冲压,若生产条件差,易发生工伤事故.为了提高不锈钢厨具生产的自动化水平,改善生产线工作环境,本文采用了基于PLC+PC控制模式的机器人系统,构建了包括设备层,控制层和管理层的不锈钢厨具拉伸成型自动生产线,利用机器人,拉伸料重叠检测装置和冲压机的协同工作,完成工件的自动拉伸成型.1不锈钢厨具拉伸成型生产线整体介绍现有不锈钢厨具拉伸成型设备是冲压机.生产线主要完成三道工序-E料,拉伸成型,下料.工人将不锈钢板和冲压模具喷油润滑后,将钢板人工送人冲压机预定位置,然后按下冲压按钮并控制冲压按钮,冲压拉伸完成后再由工人卸料.由于人工操作的不稳定性,造成产品质量不稳定,并且工作环境有一定的危险性,故对不锈钢厨具拉伸成型生产线的自动化改造很有必要.11戴曙.机床滚动轴承应用下册M.北京:机械工业出版社,1993.12YANGGuitong.TheoryofelasticityandplasticityM.北京:中国工业出版社,2005.13刘启伟,张耀满,林剑峰,等.数控机床串联刚度场及其应用研究J.制造技术与机床,2011(2):29-32.第一作者:刘启伟,男,1975年生,工程师,从事数控机床性能测试和分析,结构仿真及优化等研究工作.(编辑余捷)(收稿日期:20110718)文章编号:120421如果您想发表对本文的看法,请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置.?75?本文采用自主设计的基于PLC+PC控制模式的五轴机器人替代工人操作,与拉伸料重叠检测装置和冲压机构成不锈钢厨具拉伸成型自动生产线,如图1所示.机器人主要完成拉伸料和工件的搬运,重叠检测装置用于检测拉伸料(钢板)是否重叠,冲压机主要完成冲压拉伸成型,控制柜是整个系统的控制装置.拉图1不锈钢厨具拉伸成型自动生产线设备组成2不锈钢厨具拉伸成型自动生产线构建2.1不锈钢厨具拉伸成型自动生产线整体结构本文构建了基于机器人的不锈钢厨具拉伸成型自动生产线,整体结构如图2所示.该生产线由负责生产信息管理的管理层,负责拉伸成型过程的控制层,以及设备本体构成的设备层组成.统中的生产信息管理系统,完成订单管理,生产管理,工艺管理,报警管理和操作人员管理等工作,功能结构如图3所示.2.3控制层结构控制层(如图4所示)是整个系统的核心,控制机器人与拉伸料重叠检测装置,冲压机的协同工作.控制层由主PLC+从PC的主从控制模式构成.PLC负责系统的逻辑控制部分,具体包括冲压机的信号采集,冲压控制和顺序上下料控制,拉伸料检测装置的信号采集,与PC进行通讯,置位标志位等.PC机实时扫描串口,当监测到主PLC发出的标志位时,通过运动控制卡控制机器人的伺服轴运动,实现机器人的插补运动控制和拉伸料吸放操作.冲压机信号竺重叠检测信号RS232PLCPC极限位置信号_自电磁阀控制信号iRs422iPcI,触摸屏运动控制忙伺服控制信号,编码器反馈信号,极限信号,原点信号,原点信号接口板l:腰部伺服II大臂伺服I小臂伺服ll手腕伺服I-t-/lr,4.311aI百一图4不锈钢厨具拉伸成型生产线控制层结构fi图2不锈钢厨具拉伸成型自动生产线整体结构2.2管理层结构基于机器人的不锈钢厨具拉伸成型自动生产线系不锈钢厨具拉伸成型生产线信息管理系统1人员信息Il监控报警ll客户信息lI管理模块ll管理模块ll管理模块l圈圈圆圈圈围图3生产信息管理系统功能结构控制系统基于高性能PLC和PC,PLC通过RS422连接触摸屏,PC连接显示器和键盘鼠标实现信息交互,同时PLC和PC通过串口通信交换标志位.2.4设备层结构设备层主要包括冲压机,拉伸料重叠检测装置和机器人.各设备在控制系统的控制下协调配合,完成不锈钢厨具拉伸成型的自动化生产.(1)冲压机冲压机是完成不锈钢厨具冲压拉伸成型工序的设备.不锈钢厨具拉伸成型系统可以是一台机器人对应多台冲压机,以提高生产效率.本文设计的生产线以一台冲压机为例.为了适应不锈钢厨具拉伸成型生产线的自动化需要,在原有冲压机的基础上,进行适应性改造.主要是加装传感器和传感器与PLC的连接.传感器检测冲压机是否完成上料,冲压以及下料,再将各动作信号输入PLC输入口.PLC输出信号控制冲压机入模,冲压时间,出模等动作.ZUIl年q(2)拉伸料重叠检测装置拉伸料重叠检测装置是实现机器人吸取拉伸料时钢板是否重叠的检测,防止多片重叠的拉伸料被同时送人模具内造成模具爆裂.由于拉伸料是光滑的不锈钢板,且人模前表面已喷润滑油,故钢板有时会粘合.拉伸料重叠检测装置通过检测钳检测机器人吸取的钢板厚度.检测传感器在单片钢片或钢片重叠时会有不同的信号,通过判断检测传感器的不同信号达到检测拉伸料是否重叠.当机器人手爪吸取的是单片钢板时,机器人继续进行上料工序;当检测到吸取的钢片重叠时,机器人丢弃吸取的钢片,重新吸取新的钢片.(3)机器人机器人完成拉伸料在各设备问的搬运,结构如图5所示.机器人有5个自由度,分别位于腰部,大臂,小臂,手腕和手爪,其运动由PC+运动控制卡实现.运动控制卡控制5个伺服驱动器带动伺服电动机,从而控制机器人实现各动作和末端运动轨迹.机器人末端安装有一执行拉伸料吸放的末端执行器,如图6所示.该执行器采用通用化设计,主要由吸盘装置和喷油润滑装置构成,实现各种规格拉伸料的吸放和润滑.l底座;2一腰帮;3一大臂;臂;5一腕关节;6一指关节;7一末端执行器.图5机器人结构图6机器人末端执行器DeSignandRech设计与研究3不锈钢厨具拉伸成型自动生产线工作流程基于机器人的不锈钢拉伸成型生产线控制系统为PLC+PC控制模式,以PLC的逻辑控制为主,以PC和运动控制卡的运动控制为从.该系统设计有6种工作模式,分别为回零模式,手动模式,示教模式,自动模式,停止模式和故障模式,具体的工作模式由人工在触摸屏上进行选择,如图7所示.下面分述如下:(塑)模式选择自动压机,机器人,重叠检测置工作状态标志为初始化机器人丢弃钢板I否机器人取饮料,1机器人上料延时Tl重置标志位通知机Il器人回取料点取料f:压完月机器人卸料I是,启动停止模式/l是结束)是故障模式图7生产线自动模式流程(1)回零模式为系统上电启动后,分别启动机器人,冲压机,拉伸料重叠检测装置,PLC进行冲压机就绪检测,拉伸料重叠检测装置状态检测,Pc串口初始化,标志初始化,VC窗口初始化,机器人空间位置初始化(5个关节轴的回零).若有设备出现故障或延时未能监测到信号,转入故障模式.(2)手动模式为人工控制操作,此处有两种方式:在触摸屏上操作可以使机器人执行被选择的动作,在Pc的运行界面上操作可以手动控制机器人的5个轴(下转第81页)7654321表1.从表1可看出,采用变速非圆截面车削方法较恒速加工方法显着提高了凸轮截面跟踪精度,减小了跟踪误差,提高了表面加工质量.5结语应用自抗扰控制技术和角度域编程方法,将变速加工应用于非圆截面车削加工中,能够抑制加工过程中的自给振动,提高加工过程中的稳定性.通过实验验证,可得到以下结论:(1)基于自抗扰控制的直线伺服单元具有良好的跟踪性和鲁棒性,能够满足非圆车削的精度要求.(2)变速非圆截面加工较恒速非圆截面加工显着提高了加工精度,减小了跟踪误差,提高了加工系统稳定性,抑制了加工过程中的自给振动.(3)选择正弦函数作为变速加工主轴驱动函数,实现该驱动方式简单,可靠,选择合适的RVA/RVF参数能够优化非圆截面工件加工质量.参考文献1于骏一,杨辅伦,吴博达.变速切削方法的减振原理J.机械工程学报,1995,31(6):1116.2WUDan,WANGXiankui,ZHAOTong.ProfileprecisionanalysisandenhancementfornoncircularturningA.PrneeedingsoftheSecondIn-ternationalConferenceonPrecisionEngineeringandNanoTechnologyC,Changsha:P.R.ChinaOct.2002:265270.3SEXTONJS,STONEBJ.ThestabilityofmachiningwithcontinuouslyvaryingspindlespeedCJ.CIRPAnnualManufactureTechnology,1978,27:321326.4wuD,CHENK,WANGX.TrackingcontrolandactivedisturbancerejectionwithapplicationtononcircularmachiningJ.InternationalJoumalofMachineToolsandManufacture,2007,47(15):22072217.5HANSONRD,TSAOTC.PeriodicsamplingintervalrepetitivecontrolanditsapplicationtovariablespindlespeednoncireularturningprocessJ.JournalofDynamicSystemsMeasurementandContrnl-Transac.tionsoftheASME,2000,122(3):560566.6INSPERGERT,STEPANG.StabilityanalysisofturningwithperiodicspindlespeedmodulationviasemidiscretizationJ.JournalofVibrationControl,2004(10):l8351855.7TSAOTC,PONGKC.ControlofradialrunoutinmultitoothfacemillingC.NorthAmericanManufacturingResearchConference,1991,9:183190.8韩京清.从PID技术到自抗扰控制技术J.控制工程.2002,9(3):l318.9曹辉,李双跃.基于自抗扰控制的非圆截面数控车削J.机械设计与研究,2011,27(1):7779.第一作者:曹辉,男,1976年生,讲师,主要研究方向为数控技术及机电系统设计,已发表论文8篇.(编辑李静)(收稿日期:2o111225)文章编号:120423如果您想发表对本文的看法,请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置.(上接第77页)和气爪单独动作.(3)示教模式为利用PC界面人工操作伺服轴运动,示教完成后机器人自动运行之前示教的轨迹和动作.(4)自动模式为生产线完全在PLC和PC的控制下按生产节拍自动运作,无须人工干预.(5)停止模式为生产线停止生产后各设备所必须进行的处理模式.(6)故障模式为当控制系统检测到故障信息时转入的处理模式.本文仅论述自动模式流程.4结语本文首先介绍了不锈钢厨具拉伸成型生产线的整体情况及设备布局,提出采用基于PLC+PC控制模式的机器人,与重叠检测装置和冲压机组成自动化生产线.该生