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                        汽車齒輪軸磨削的機器人自動化系統設計

                        添加時間:2018/07/11 來源:未知 作者:admin
                        傳統汽車齒輪軸磨削加工, 大都是利用人工實現磨床、上下料及搬運, 勞動強度大, 且工作的環境比較惡劣, 工作效率比較低, 導致工人流失嚴重, 無法保證工程中產品的產量及質量。目前, 我國及國外大部分的磨床都是具有簡單直線機構.
                        以下為本篇論文正文:

                          摘要:現代工業中齒輪軸磨削自動化生產程度比較低, 為了能夠實現汽車齒輪軸磨削自動化生產程度的進一步提高, 有效改進汽車齒輪軸磨削工藝的自動化程度, 設計了汽車齒輪軸磨削自動化系統。對汽車齒輪軸磨削工藝的流程進行了全面的分析, 運用一臺機器人實現兩臺數據磨床實施上料和下料的服務自動系統, 對齒輪軸磨削的自動化流程進行了全面的設計。系統運用可編程控制器、工業機器人等設計, 將PLC作為主控制器, 實現了數控磨床、工業機器人及送料機相互之間協調工作。將汽車齒輪軸磨削自動化系統設計廣泛應用與企業中, 通過使用效果分析, 能夠有效的降低企業用工的成本, 提高企業自動化程度及生產效率。

                          關鍵詞:汽車; 齒輪軸磨削; 工藝流程; 自動化系統;

                          Abstract:Because the degree of automation of gear shaft grinding in modern industry is relatively low, a to further improve the automation of gear shaft grinding, further the automation system of the gear shaft grinding is designed to improve the automatization of the grinding process of the gear shaft.First, the process of automobile gear shaft grinding process are analyzed, then based on industrial robot is put forward using a robot to achieve the implementation of loading and unloading service system two sets of data automatic grinder, and also on the gear shaft grinding power automation process to conduct a comprehensive design.The system is designed by using programmable logic controller, industrial robot and industrial configuration software.PLC is used as the main controller to realize the movement between CNC grinder, industrial robot and feeder.After realizing the design of automatic grinding system for automotive gear shaft grinding, it is widely applied in enterprises, and it can effectively reduce the cost of enterprise employment, and also can effectively improve the level of automation and production efficiency of enterprises.

                          Keyword:Automobile; Gear shaft grinding; Process flow; Automation system;

                          傳統汽車齒輪軸磨削加工, 大都是利用人工實現磨床、上下料及搬運, 勞動強度大, 且工作的環境比較惡劣, 工作效率比較低, 導致工人流失嚴重, 無法保證工程中產品的產量及質量。目前, 我國及國外大部分的磨床都是具有簡單直線機構, 能夠實現上料和下料的工作, 并且也能夠利用伺服主軸實現對齒工作。此種方式的成本較高, 并且柔性較差, 在進行加工的過程中還需要人工進行干預;诖, 本文就對汽車齒輪軸磨削工作流程進行了簡單的分析, 設計了汽車齒輪軸自動化系統, 創建了完整的汽車齒輪磨削自動化工作流程, 滿足了現代企業數字化生成的需求。

                          1、汽車齒輪軸磨削工藝流程

                          一般齒輪軸受熱之后, 磨削加工過程中的數控磨床操作及毛坯上下料工作, 都是由人工實現, 一般需要多個工人同時操作大量機床并且對其管理, 為了能夠有效提高生產的效率, 工作要跟上機器生產節拍, 所以工人勞動強度較大, 且機床的噪聲比較大, 工作環境較為惡劣。另外人工還需要實現對齒工作, 對于人工操作的水平需求比較高, 在進行對齒的加工過程要實現輔助工裝的安裝, 降低了工作效率。在人工對機床進行操作實現齒輪軸上料和下料的過程中, 操作人員的手會接觸到產品和切削油, 且還具有較高的強度, 從而降低了產品的質量及產量。

                          現代, 部分的國產機床及進口設備都配置了比較簡單的直線機構, 因此能夠有效實現單機短時間的自動化生產, 直線機構實現工件從料盤對夾具進行上下料的工作, 對于齒的加工工作要求使用機床進行實現, 機床刀具的主軸屬于伺服主軸, 對于機床具有較高的要求, 提高了機床成本, 并且降低了系統柔性, 在工作更換過程中更是消耗時間和體力。因為機床之間缺乏相應的連接, 所以在加工過程中還是需要人工的對其進行干預, 在產品規格進行更換的過程中, 要對單機上下料的機構進行全面調整, 比較繁瑣, 每臺機床要能夠自身具備上料和下料的機構, 所以就提高了生產線的投入成本, 并且也導致了機床配料倉重復的浪費投資, 此種方案能夠在全新購買機床中使用, 如果實現現有機床設備的改造, 具有較大的難度, 并且還具有較高的成本[1]。

                          2、汽車齒輪軸磨削的自動化系統設計

                          2.1、自動化系統的方案

                          現代齒輪軸磨削生產使用的機床都已經實現數控化, 但是數控磨床操作及上下料的工作還是需要人工實現。在現代企業競爭越來越激烈的過程中, 用工的成本也在不斷的增加, 企業在市場競爭過程中處于劣汰, 所以就要提高設備自動化的水平。工作機器人的精準度、一致性和可靠性比較高, 在工業中使用機器人作業不僅能夠有效提高產品質量及合格產品的穩定性, 還能夠降低庫存和成本。機器人能夠長時間的工作, 具有較高的生產效率, 而且其工作多樣化, 所以能夠有效滿足不同生產需求。本文實現了以工業機器人為基礎的汽車齒輪軸磨削自動化系統的有效設計。

                          目前使用的機器人都是TX90系列, 非常堅固且具有較高的靈活性, 維修較為簡單方便, 機器人的封閉式結構能夠降低顆粒物釋放[2], 從而降低污染。機器人的參數設置, 如表1所示。

                        表1 機器人的參數設置
                        表1 機器人的參數設置

                          2.2、機械的結構

                          2.2.1、送料機

                          送料機主要目的是人工側的換料和急停、檢測料盒位置、鎖緊及精準定位等。主要由機器人側升降結構、輸送結構和人工側的升降結構三部分組成。兩個升降結構有輸送鏈, 利用氣缸進行升降。輸送結構主要有上層和下層兩部分, 通過輸送鏈方式實現。輸送及升降結構主要是利用可調速的直流電機伺服驅動實現。送料機的結構設計, 如圖1所示。

                        圖1 送料機的結構設計
                        圖1 送料機的結構設計

                          1.人工側升降氣缸;2.人工側升降機構輸送鏈;3.人工側升降機構;4.料盒;5.工裝板;6.上層輸送鏈;7.機器人側升降機構;8.機器人側升降機構輸送鏈;9.機器人側升降氣缸;10.輸送機構;11.下層輸送鏈

                          送料機主要包括自動送料和手動放料兩部分。在手動放料過程中, 人工卸下人工側已經加工后的齒輪軸料盒, 之后放入需要加工的齒輪軸料盒, 然后按下放料按鈕, 料盒就會在升降結構中上升, 之后利用上層輸送鏈將其送到加工位置中。料盒的重量一般為30kg, 其中包含了附屬結構和摩擦的損耗, 一般氣缸負壓都是在40kg左右。

                          2.2.2、磨床加工齒輪軸裝夾

                          兩個磨床都使用雙頂尖的方式, 將撥爪安裝到撥盤中, 撥爪將齒輪軸卡住, 在磨削過程中, 撥爪和撥盤共同轉動, 系統改造之前, 要人工實現齒輪軸斜齒和撥爪齒的相互吻合。撥爪跟著撥盤一起轉動, 使用機器人會對自動的裝卸造成影響, 在機床中安裝接近開關, 將感應物安裝到撥盤中, 在感應物和開關位置接近的時候, 控制機床主軸就會減速停止。為此撥爪設計成活動的, 通過彈簧將撥爪拉靠在撥盤面中。改造之后的加工齒輪軸裝夾, 如圖2所示。

                        圖2 改造之后的齒輪加工輪軸裝夾
                        圖2 改造之后的齒輪加工輪軸裝夾

                          2.2.3、送料機程序設計

                          在實現送料機程序設計的過程中, 使用PLC循環掃描方式實現工作, 送料機程序的運行方式, 如圖3所示。PLC通電或者從停止開始運動的時候, CPU就會啟動, 將塊堆棧和中斷堆棧中的內容清除, 并且還會將缺失功能的計數器、定時器及存儲器進行清除, 實現硬件中斷的復位保存。而且還要對能夠編寫程序的模塊進行執行, 實現用戶設置的初始化操作, 之后實現周期性的循環。

                          在實現系統設置的過程中, 使用西門子PLC, CPU的主要參數指標, 其輸入、輸出和電源都是同個機殼中安裝, 如表2所示。

                          2.3、電氣的控制系統

                          本文所研究系統一共有四個執行設備, 分別為兩個數控磨床、一臺機器人和一臺送料機, 每臺設備的動作循環和監控過程都是通過控制系統實現, 控制系統利用執行設備的狀態, 進行下步動作的協調, 控制系統啟動暫停和非正常的停機之后復位等。此系統中央控制器為PLC, 接收并且實現機床、工業機器人及送料機信息的處理, 對機床啟動和暫停進行全面的控制。PLC和人機交互面板通過觸摸屏連接, 工作人員能夠利用觸摸屏對系統工作狀態進行全面的觀察, 從而實現系統啟動暫停的控制等。PLC利用輸入輸出和機床相互通信?刂葡到y的結構關系, 如圖4所示。

                        圖3 送料機程序的掃描運行流程
                        圖3 送料機程序的掃描運行流程

                        表2 CPU的主要參數指標
                        表2 CPU的主要參數指標

                          2.4、系統調試運行

                          本文所研究的系統包括多個設備, 主要包括變壓器、開關電源、繼電器、傳感器、控制單機、電磁換向閥、交流接觸器等。每個設備控制柜都是獨立的。機器人控制柜在PLC電器柜中, 機床控制器實現PLC數字量信號的提供, 信號利用接線板對PLC傳輸。送料機具備單獨控制柜。為了降低干擾, 不同設備和PLC信號傳輸通過繼電器進行隔離。本系統運用工業機器人、PLC、送料機和數控磨床, 通過對系統進行調試, 實現了上下料的自動化, 系統工作正常。降低了人力成本, 提高工程質量及效率, 從而有效提高工程成本[3]。

                        圖4 控制系統的結構關系
                        圖4 控制系統的結構關系

                          3、總結

                          本文對汽車齒輪軸磨削工藝的流程和其對于自動化的控制需求進行了全面的分析, 從而完成了汽車齒輪軸磨削工藝流程的機器人自動化系統設計, 包括料盒的自動傳輸、鎖緊和定位, 改進了傳統磨床加工齒輪軸裝夾方式, 從而實現機器人自動上下料需求的有效滿足, 還能夠使其自動對齒。并且創建PLC為基礎的自動化控制系統, 使用VAL語言實現機器人程序的編寫, 系統能夠有效滿足工業需求。

                          參考文獻
                          [1]胡孔元, 朱華炳, 張希杰, 等.基于工業機器人的汽車齒輪軸磨削自動化系統設計[J].組合機床與自動化加工技術, 2014 (9) :41-44.
                          [2]朱華炳, 秦磊, 張希杰, 等.基于工業機器人的齒輪軸磨削自動化系統設計與研究[J].組合機床與自動化加工技術, 2013 (12) :41-44.
                          [3]陳中凱.基于工作流技術的企業工作流程自動化系統的實現與研究[J].微型電腦應用, 2013, 29 (12) :19-22.

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