磨床这样改造后一台更比三台强

国内某商用车用户拟投资240万元，将先前半自动化的热后主、从动锥齿轮副加工线提升为自动装卸料的智能化生产线（见图1）。为此，承担主动锥齿轮（下称主动轮）外圆面磨削任务（见图2）的2台MKS1632A×750型数控外圆磨床（下称磨床）既要开发机器人（下称RT）机能，用以满足自动装卸料要求；又要布置以太网络，用以实现运行状态实时监控；还要优化宏程序，用以适应智能化生产线的运行。图1：热后锥齿轮副智能化生产线1.上料装置

2.电控柜

3.QTN250Ⅱ卧式车床

4、5.YV500-E立式车床

6.OerlikonL60研齿机

7.下料装置

8.从动轮姿态转换台

9、17、18.缓料台

10.地轨

11.FANUCR-2000iC机器人

12、14.MKS1632A×750型数控外圆磨床

13.主动轮自动测量机

15.从动轮抽检台

16.主动轮抽检台图2：热后主动锥齿轮的磨削尺寸控制1、机器人机能开发先前，两台磨床可在手、自动方式下进行单机运转。新增RT机能后，两台磨床既要在联机方式下随生产线运行，又得在RT控制下自动夹松主动轮；既要在加工程序的M代码控制下自动开关门，又得呼叫RT自动装卸料；既要在加工程序的M代码控制下吹气去除主动轮粘附的磨削液，还得使其变频器驱动的头架能够准停，保证RT装料准确无误。（1）联机钮使磨床并入生产线。两台磨床与RT的联机控制是以生产线的电气控制为媒介，经PLC与中间继电器的电信号耦合实现。磨床侧新增联机控制旋钮，使其并入生产线。具体控制过程如下所述。磨床侧。磨床CNC系统柜侧面装联机控制按钮盒→DC24V经线路24P1接入I/O模块上CB106插座的端子3→对应的PLC输入信号X4.0＝1→磨床自动方式灯点亮Y24.0＝1、砂轮运转中Y2.0＝1且三色灯红灯不亮Y0.4＝0→表示磨床处于AUTO状态的线圈Y3.6接通→I/O模块上CB105插座的端子45输出DC24V→中间继电器KA36线圈通电→KA36的常开触点闭合。生产线。表示磨床1（2）处于AUTO状态的输入信号通过生产线侧QX81模块上地址X14D（X152）接入三菱Q系列PLC中→后续内部逻辑处理。磨床1并入生产线的控制示意，如图3所示。图3：磨床1并入生产线的控制示意

（2）RT控制尾座顶尖夹松件。RT经主动轮夹具为两台磨床装料时，一旦后者的尾座顶尖未松开到位，就会发生工件碰撞顶尖的事故；卸料时，RT未抓住工件但顶尖已松开，则工件掉落后挤碎砂轮（见图4）。为此，在联机状态下，尾座顶尖的夹紧松开控制由RT直接实现，并加装到位接近开关。生产线侧磨床尾座顶尖夹松件控制的梯形图，如图5所示；MKS1632A×750型数控外圆磨床的液压原理图，如图6所示。

图4：工件掉落后挤碎砂轮图5：生产线侧磨床尾座顶尖夹松件控制的梯形图

图6：MKS1632A×750型数控外圆磨床的液压原理1.油箱

2.吸油过滤器

3.电动机

4.摆线齿轮泵BB-B10

5.二位四通型电磁换向阀

6.量仪E9测爪

7.量仪E9液压缸

8.可调节流阀

9.工件

10.尾座顶尖

11.尾座体

12.压力表

13.二位三通型电磁换向阀

14.溢流阀Y25B

RT控制尾座顶尖夹松件的过程如下所述。生产线内各机床就绪及RT回原位→HMI上点击[自动模式]使线体PLC的内部继电器M1000接通并自锁→磨床1（2）处于AUTO状态信号X14D（X152）接通→RT侧命令磨床1（2）尾座顶尖松开的输出信号271（275）置ON→线体经输入地址X10BE（X10C2）接收RT传送的磨床1（2）顶尖松开命令→磨床1（2）尾座顶尖松开线圈Y16C（Y171）通电→线体与磨床经中间继电器进行信号交互。顶尖松开命令经输入地址X1.5传入磨床→逻辑处理后线圈Y1.1通电并输出→磨床的中间继电器KA11通入DC24V使其常开触点闭合→图6所示二位三通型电磁换向阀12的线圈YV2得电→该换向阀动作使其阀口P2与B2接通、T2关闭→压力油自进/出油口流入尾座液压缸内→缸内活塞杆克服弹簧作用力后退回原位呈松开状态。

尾座顶尖松开到位会使接近开关点亮并经地址X14F（X154）馈入线体PLC内→经PLC内部继电器M2310（M2312）过渡后，磨床1（2）顶尖已松开到位的线圈Y10EA（Y10EC）接通并输出至RT侧→RT经输入地址273（275）接收磨床1（2）顶尖已松开到位的状态信号→进入下一工作循环。2、以太网络布置

为完成生产线对两台磨床在内的各机床状态、产品数据等实时采集任务，需对总控制台PC、5台机床、1套测量单元和2套扫码单元等进行工业以太网连接，其网络拓扑如图7所示。MDC可为用户提供机床利用率、机床故障分布等统计图表，开通6个月历史报警查询功能，提取主轴负载、刀具信息、坐标信息、进给速度和主轴转速等。

图7：锥齿轮副智能化生产线的网络拓扑（1）磨床侧以太网功能设定。磨床预先连好交叉以太网线后，在其CNC系统侧，单击MDI面板上[SYSTEM]系统功能键→单击右扩展键[▶]数次→单击屏幕下方[内藏口]软键进入以太网参数画面，再单击[操作]软键→经软键[内嵌/PCMCIA]选择内置板（内嵌网口）→依次单击软键[再启动]、[执行]→单击软键[公共]→设定两台磨床的IP地址和子网掩码。随后，单击软键[FOCAS2]进入端口设定画面→设定口编号TCP＝8193、UDP＝8192及时间间隔＝10s。如此，磨床侧以太网功能设定完成。（2）磨床运行状态的查阅。用户既可在HMI上查阅整线工作状态、故障信息、工艺信息和生产管理等内容，也可在联网的MES系统上进行计划、调度、质量、生产和能效的闭环管理。MES侧相关操作：JMES系统→[智能管理]模块→智能管控系统画面中[实时监控]下拉菜单[设备实时状态]→设备状态看板内点选生产线“齿轮分部锥齿轮副”→查询后实时监控该生产线的运行状态→状态涉及班次、完工数、负荷、主轴转数及进给速度。磨削主程序的优化。在两台磨床的主程序中，既要添入操作门的控制代码，以实现自动开关门；又要添入工件吹气代码，以实现RT卸料前主动轮粘附磨削液的去除。优化后磨削主程序，如表1所示。安全位子程序的优化。因RT的主动轮夹具体积庞大，卸料时不得碰撞MarpossE9在线量仪和头架、尾座，故两台磨床上子程序O0599中程序段“N5G90G4G01Z94.23X84.27”给定的X、Z轴安全位需要修改。同时，两台磨床上X、Z轴采用绝对值编码器采集位置数据，伺服放大器侧干电池常会低电压，造成位置数据丢失。为方便用户经CNC参数#1815任意设定Z轴的参考点，减少磨床侧RT装卸料位置的调校时间，特在Z轴防护罩下方各添加1个接近开关，表示磨床1（2）允许装卸料的信号经地址X156（X158）输入线体PLC中，进行RT装卸料的互锁控制。紧急回退子程序的优化。RT装卸料时，不得有任何碰撞发生。为此，两台磨床的紧急回退子程序需要添入X、Z轴安全位。优化后紧急回退子程序，如表2所示。新编班歇再开线用主程序。为呼叫RT为磨床卸料，需在AUTO状态下执行含有M30代码的主程序O2000，如表3所示.卸料信号的传递过程：磨床执行M30代码→R30.0＝1→R301.4＝1自锁→请求RT卸料信号Y3.4接通并输出；生产线经输入地址X14E（X153）接收磨床1（2）反馈的卸料请求→经内部继电器M2326（M2386）过渡后，线体经输出地址Y1109（Y10E6）向RT传送卸料请求→RT通过输入地址292（269）接收磨床1（2）的卸料请求并卸料；RT卸料结束后，经输出地址272（276）向线体反馈卸料完信号→线体经输入地址X10BF（X10C3）接收RT侧卸料完信号→线体后续逻辑处理。3、主要零部件结构为完成主动轮的机床夹紧、中间缓存，对应设计磨床工装和主动轮缓料台。（1）磨床工装。在25工序磨削φ80mm、φ65mm的外圆面时，采用图8所示工装：RT抓取主动轮后，送至磨床1顶尖中心处，尾座顶尖移动夹紧，弹簧拨销卡入相邻弧形齿间，提供加工所需驱动力。图8：25工序外圆磨床用工装示意1.磨床头架

2.弹簧拨销

3.主动轮

4.尾座顶尖

5.磨床尾座

6.固定顶尖

在30工序磨削φ45mm的外圆面时，采用图9所示工装：RT自缓料台上抓取主动轮（翻转180°），送至磨床2顶尖中心处，尾座顶尖移动夹紧，两端弹簧拨爪带动限位片滑进花键键槽中，所需动力来自于旋转的头架主轴。

图9：30工序外圆磨床用工装示意1.磨床头架

2.弹簧拨爪

3.主动轮

4.尾座顶尖

5.磨床尾座

6.限位片

（2）主动轮缓料台。为协调多套主、从动轮的加工节拍，提高生产线效率，特在磨床1、2间增加1处缓料台，以承接25工序磨削完的主动轮半成品。缓料台主要由整体支架、台板、V形块、锡青铜板、橡胶挡块及其支架等部件组成，如图10所示。除锡青铜板、橡胶挡块与标准件外，其余为Q235板料的焊接件。