全自動(dòng)化生產(chǎn)線中切管控制功能設(shè)計(jì)

李佳林，李艷娟（通訊作者），王 海

（沈陽理工大學(xué) 遼寧 沈陽 110159）

1 引言

某大型自動(dòng)化生產(chǎn)線為便于統(tǒng)一規(guī)劃、集中控制和管理，采用CNC控制系統(tǒng)方案。系統(tǒng)采用多個(gè)西門子840D CNC組成網(wǎng)絡(luò)，完成從原材料到最終產(chǎn)品的全自動(dòng)加工，包括切削加工、裝配、焊接、質(zhì)量檢驗(yàn)、噴涂等工序，采用CNC工件程序配合PLC側(cè)M代碼解碼功能的方式方便可靠。全自動(dòng)生產(chǎn)線由上位機(jī)控制中心通過Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)向各個(gè)840D CNC下發(fā)工件特征參數(shù)、控制指令，達(dá)到柔性生產(chǎn)。

2 擠切加工工藝過程及要求

擠切加工是針對(duì)中等厚度管材切斷的加工方式，通過旋轉(zhuǎn)進(jìn)給的硬質(zhì)合金刀片擠壓切斷管材，是高效的無屑加工方式。在圖1中，1為送料機(jī)構(gòu)；2為推料伺服電機(jī)及齒輪齒條推料機(jī)構(gòu)，并具有氣動(dòng)夾緊裝置；3為支撐導(dǎo)向機(jī)構(gòu)；4為液壓夾緊機(jī)構(gòu)；擠切刀具5在空間上呈120°分配（3個(gè)），在主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)下公轉(zhuǎn)，以便周向均勻擠切管材，進(jìn)給伺服電動(dòng)驅(qū)動(dòng)徑向進(jìn)給。管材被上料機(jī)構(gòu)1翻運(yùn)到定位導(dǎo)向機(jī)構(gòu)之上，采用定速趨近對(duì)射定位開關(guān)7，遇開關(guān)后開始定長切斷功能。擠切合格工件完成時(shí)，先頂出一定距離，移動(dòng)料架6平移翻轉(zhuǎn)送出成品料，再由機(jī)械手放入暫存?zhèn)}。廢料則送至廢品側(cè)[1]。

圖1 擠切加工的工藝過程示意

根據(jù)原料、成品長度自動(dòng)計(jì)算擠切加工次數(shù)，當(dāng)尾料小于成品長度時(shí)，送料機(jī)構(gòu)自動(dòng)回退到原位后，自動(dòng)翻料機(jī)構(gòu)上料重新開始工作循環(huán)。

實(shí)際生產(chǎn)中，是否設(shè)置料頭、料頭長度等需要上位機(jī)在線隨時(shí)設(shè)定。原材料的長度并不固定。當(dāng)尾料的長度小于該系列產(chǎn)品長度時(shí)，要求能夠自動(dòng)改為下級(jí)系列長度，以提高生產(chǎn)效率和原材料的利用率。

3 運(yùn)動(dòng)控制方案及關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)過程

系統(tǒng)始終監(jiān)控推料裝置位置，只要沒到極限位置則正常進(jìn)行，到達(dá)極限位置則結(jié)束過程，重新開始下一次循環(huán)。其控制功能的框圖如圖2所示，圖中“N”表示極限位置條件沒到達(dá)，“Y”表示到達(dá)。該方法不做切斷次數(shù)計(jì)算，避開原料長度的差異，在每次“行進(jìn)”時(shí)判斷，如果可以繼續(xù)送料則進(jìn)行，如果不能則結(jié)束。加工中均按增量方式行進(jìn)，遇對(duì)射開關(guān)確定為啟始位置。

圖2 同步監(jiān)控?cái)D切控制流程

同步監(jiān)控條件為是否達(dá)到極限位置。極限位置根據(jù)產(chǎn)品不同型號(hào)及擠切機(jī)的結(jié)構(gòu)確定，需要在加工程序中進(jìn)行設(shè)置。

循環(huán)結(jié)束處理包括尾料的智能判斷，當(dāng)尾料長度＜當(dāng)前產(chǎn)品長度且＞Lmin時(shí)，自動(dòng)將尾料切成下一規(guī)格長度，直至Lmin，Lmin為最短產(chǎn)品長度。

840D為各類工藝過程提供便利靈活的同步功能，在插補(bǔ)的同時(shí)，提供進(jìn)給軸和主鈾同步操作的功能。同步動(dòng)作語句執(zhí)行后，系統(tǒng)在控制各軸運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，也在監(jiān)控同步動(dòng)作的條件，一旦條件滿足，系統(tǒng)會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。

同步位置監(jiān)控功能：

遇對(duì)射開關(guān)同步監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)格式如下：

WHEN $A_IN[2]==1 DO M60 M63 $R10=$AA_IM[AX2]

G90 G00 X1=8000

當(dāng)由$A_IN[2]快速通道采集到開關(guān)信號(hào)時(shí)，向PLC發(fā)出譯碼M代碼脈沖，控制刪除余程，液壓和氣動(dòng)裝置夾緊，并將當(dāng)前的X1軸機(jī)床坐標(biāo)保存于R10中。

行進(jìn)中的位置監(jiān)控功能：

WHEN ($AA_IM[AX2]＞=R11)DO DELDTG $R3=1

G91 G00 X1=R2

IF R3==1 GOTOF _END

當(dāng)?shù)竭_(dá)極限位置時(shí)，跳出當(dāng)前程序段，并做結(jié)束處理。

PLC刪除余程的處理：在遇開關(guān)時(shí)需要夾緊工件，如果此時(shí)立即刪除余程，伺服電機(jī)和推料機(jī)構(gòu)立即停止，而工件本身卻因?yàn)閼T性不能馬上停止，造成尺寸誤差。DB21.DBX 6.2為刪除余程位，在自動(dòng)和MDA方式下，當(dāng)GC1到達(dá)測長開關(guān)后，延時(shí)1.5s，將DB21.DBX 6.2輸出，PLC程序略。由于PLC延時(shí)會(huì)造成刪除余程前的運(yùn)動(dòng)過沖，可根據(jù)當(dāng)時(shí)速度值計(jì)算出來，在第一刀擠切加工時(shí)減去該值即可。

4 結(jié)論

上述控制方法在實(shí)踐中得到較好的驗(yàn)證。該部分無復(fù)雜的插補(bǔ)加工，控制的難度在于復(fù)雜邏輯與位置控制的協(xié)調(diào)應(yīng)用，CNC系統(tǒng)面對(duì)復(fù)雜、柔性的邏輯任務(wù)，采用運(yùn)動(dòng)同步功能，并將Part程序與PLC程序有機(jī)結(jié)合，可以靈活完成單獨(dú)通過PLC或Part程序難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜任務(wù)，顯現(xiàn)出CNC系統(tǒng)更強(qiáng)的靈活性，使其具有更大的適用范圍。