一種新型工業拋光機器人設計

中國船舶重工集團公司江蘇自動化研究所 葛佳佳 居廣次

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一種新型工業拋光機器人設計

中國船舶重工集團公司江蘇自動化研究所 葛佳佳 居廣次

【摘要】針對制版拋光工藝中人工拋光產生大量的拋光污漬與無法確保拋光版面的一致性問題，設計一套自動拋光系統，以60kg六軸關節工業機器人做為執行機構，機器人單元帶動工裝夾具根據預先設計好的示教軌跡順序運行，可實現對不同規格型號的板材進行拋光。該系統不僅能夠高效完成拋光工作，而且可以保證整版拋光的一致性，減輕原有工序中繁重的清洗工作，提高生產效率。

【關鍵詞】制版拋光；六軸關節工業機器人；自動拋光

0 引言

拋光是用裝在拋光機上且涂油拋光膏的拋光輪對零件表面進行加工的過程，拋光的目的是進一步降低零件表面的粗糙度或祛除氧化層，獲得光亮的外觀。拋光一般是在平整的表面上進行的，對基材沒有明顯的磨耗。目前中鈔制版拋光均為人工拋光。制版拋光首先需要用煤油對拋光面進行清洗，用手持式拋光工具配以固態拋光膏進行人工拋光，拋光后會產生大量的拋光污漬，難以清洗，耗費大量的人力物力，同時無法確保拋光版面的一致性。因此，考慮設計一套自動拋光系統，不僅能夠高效完成拋光工作，而且可以保證整版拋光的一致性，通過新拋光工藝的引入，采用拋光液作為拋光介質，減輕原有工序中繁重的清洗工作，提高生產效率。

1 系統功能

系統主要功能如下：

■實現板材固定：拋光板材采用人工方式進行上/下料，在靠近機器人一側的有一個板材定位裝置，人工上料后須將板材與定位裝置對齊進行板材定位，板材放置完成后啟動電磁吸盤，調節電磁吸附力，對板材進行固定，如為銅板則采用快速工裝進行壓邊固定。

■實現拋光路徑重復定位：采用60kg六軸關節工業機器人做為執行機構，機器人按照設定的軌跡運行，確保拋光軌跡能滿足工作要求，不同規格型號的板材拋光軌跡不同，同一型號的板材含有三個運行軌跡，分別拋光液噴灑軌跡、自動拋光軌跡和漂洗液噴灑軌跡。

■拋光執行單元：拋光執行單元可按照設定的壓力值對板材進行拋光，拋光壓力可實現壓力閉環，確保對板材進行恒壓拋光，拋光壓力與轉速均可設定。拋光壓力通過上位機的界面進行設定，PLC將相關參數命令發送到柔性調節機構的控制器，控制器對壓力進行閉環控制，實現恒壓控制。PLC控制變頻器按照設定的轉速控制電主軸運行，帶動拋光盤對板材表面進行拋光。

■實現拋光液自動噴灑：依照機器人設定軌跡，PLC控制拋光液噴灑泵對拋光面自動噴灑拋光液，拋光液流量可通過參數進行設定；

■實現對拋光面進行自動漂洗：依照機器人設定軌跡對拋光面進行漂洗，漂洗液流量可調，漂洗液可通過廢液回收回路統一收集。

■具有系統運行狀態監控和顯示功能，具有故障檢測能力，系統出現故障情況下執行停機指令，并發生報警信號。

2 系統設計

2.1 系統組成

制版自動化拋光系統采用功能單元的方式進行設計，主要由工業機器人單元、拋光執行單元、吸附平臺、漂洗單元、拋光液噴灑單元和主控制柜單元等部分組成，制版自動化拋光系統組成框圖見圖1。

圖1 組成結構圖

各部件主要功能如下：

■機器人單元：采用60kg六關節機器人，機器人根據預先設計好的示教軌跡順序完成拋光工作區走位，機器人單元帶動工裝夾具按照設定的軌跡運行，可實現對不同規格型號的板材進行拋光。

■拋光執行單元：主要由柔性調節機構和電主軸組成，柔性調節機構可實現恒壓閉環調節功能，可按照設定的壓力對板材進行拋光，電動單元由西門子變頻器和電主軸組成，可以有效的對轉速進行調節。恒壓調節機構采用奧地利，變頻器采用西門子成熟產品，性能穩定、可靠，電主軸選用德國電主軸，性能參數滿足拋光要求。

■主控制柜單元：主控制柜單元是控制核心，主控PLC按照拋光工藝對系統設備進行控制，確保拋光工藝有效實現，主控PLC選用西門子S7-300系列產品，性能穩定可靠。

圖2 系統框架

■拋光液噴灑單元：對拋光板材的拋光面噴灑拋光液，拋光液流量可調。

■漂洗單元：對拋光板材的拋光面進行漂洗，漂洗液流量可調。

■吸附平臺：可適應不同規格型號版材的安裝固定，電磁吸附壓力可調。

2.2 供電回路設計

系統內部電源分配如圖3所示，其中機器人變壓器、主控制柜、吸附平臺、變頻器均采用三相AC380V供電，空氣壓縮機、拋光液噴灑泵、漂洗泵采用AC220V供電，邏輯供電經過電源模塊轉換后用于系統內部邏輯供電。

圖3 電源分配圖

2.3 氣路設計

制版自動化拋光系統的柔性調節機構需要一個7bar，30μm壓縮空氣，用氣量為5-10L/min，電主軸需要一個5bar，1-3μm，0.5ppm壓縮空氣，用氣量為80-120L/min壓縮空氣，因此系統配備一個7bar，470L/min的空氣壓縮機一臺，壓縮空氣經過處理后通過雙通閥對柔性調節機構和電主軸提供壓縮空氣，氣路分配如圖4所示。

圖4 氣路分配圖

氣源由氣站提供，系統增加了水滴分離器和油霧分離器，經過粗過濾器后，壓縮空氣指標滿足系統工作要求，氣源分成兩路通過調壓器分別給柔性調節機構和電主軸供氣。

2.4 控制電路設計

制版自動化拋光系統采用西門子PLC做為主控制器，PLC通過數字I/O信號、模擬I/O信號和Profibus通訊對整個系統進行控制和狀態監控，PLC按照設定的工藝流程控制每個單元，實現自動化拋光功能，控制框圖如圖5所示。

圖5 系統控制框圖

2.5 系統通訊

系統與機器人系統、柔性調節機構采用profibus通訊，主控制柜為主站點，機器人系統、柔性調節機構控制器為子站點，Profibus通訊采用手拉手方式實現物理連接，見圖6所示。

圖6 Profibus接線方式

2.6 安全回路設計

安全信號是獨立于PLC控制系統的一套電氣安全機制。當系統內部任何一個單元發生故障或者急停信號發生后，系統可以立刻停機，保持在當前位置，安全信號鏈路主要由急停按鈕和系統安全觸點串接構成，系統安全信號回路見圖7。

圖7 安全鏈回路

3 結論

參照現有的拋光工藝，本制版自動化拋光系統能夠依次完成板材固定、拋光液自動噴灑、板材自動拋光、拋光面自動漂洗等功能，實現板材拋光過程自動化，拋光參數可通過界面進行設置。加工能力覆蓋鎳、銅等板型件表面拋光，板厚0.75mm～1.4mm；加工精度達到人工拋光精度，表面粗糙度Ra＜0.04μm；加工最大外形尺寸達1100mm長×1000mm寬×（0.75～2mm）厚。制版自動化拋光系統保證整版拋光的一致性，減輕原有工序中繁重的清洗工作，提高生產效率。

參考文獻

［1］張棟.拋光機器人軌跡連續性規劃與仿真［J］.制造業自動化，2012，6.

［2］何競擇.拋光機器人示教控制系統設計［J］.制造業自動化，2011，3.

［3］王瑞芳，劉林.基于ARM的研磨拋光機器人運動控制器的設計［J］.制造業自動化，2007，7.

A New Industrial Polishing Robot Design

Ge Jiajia Ju Guangci
（JiangSu Automation Research Institute of CSIC，LianYunGang，222006，China）

Abstract：For plate making，artificial polishing process produces a large number of the stain and is unable to ensure the consistency problem in polishing layout，the paper designs a set of automatic polishing system with 60kg six axis joint industrial robots as actuator.The robot unit drives the jig according to the preliminary design teaching sequence.The system can realize the polishing for different types of plate.The system not only can complete polishing work efficiency，but also can ensure the consistency of the polishing sheet，reduce heavy cleaning work in the original process and improve production efficiency.

Key Words：plate polishing；six axis joint industrial robots；automatic polishing

作者簡介：

葛佳佳（1983—），男，江蘇連云港人，碩士研究生，主要從事工業電子產品設計。

居廣次（1982—），男，江蘇連云港人，碩士研究生，主要從事工業電子產品設計。