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磨刀机平台设计及多模式自动控制实现

作者: 发布时间:2020-02-19 17:21:26点击:7141

通过设计一种实验用数控雕刻机结构,结合 PLC、单片机、机械手、MCGS 组态监控来实现全过程的自动化控制,并通过多种模式来对设备的运行过程进行控制,实现更优化解决方案,通过实验设备的开发进一步累积经验,对后续相关设备的升级改造提供借鉴与指导削,但其工作优势在雕,可以实现高精度加工,特别在模具、铸造、切割、镂铣等加工工艺上具有很强的实用性。 数控雕刻机的适用范围比较广,广泛用于精密模具型芯粗精加工一次完成,铝件产品批量加工,型腔制造,冶金铸造加工。 数控雕刻机以性价比高,加工速度快,表面质量好,在机床加工业越来越占有重要地位,为工业自动化必不可少的一个加工环节。

1 主体结构设计

(1)外部结构布局

本文结合陕西国防工业职业技术学院实际情况设计一种实验用全自动控制数控雕刻机结构,可以全自动完成自动抓举、上料、雕铣、下料和分拣等工艺流程,全程通过 HIMI 界面进行交换控制,具体结构

(2)精雕机结构设计

三坐标数控雕刻机主要由横梁、立柱、工作台、大功率电机、丝杠和螺母等组成,其底座上安装具有导向及驱动功用的导轨及齿条,工作台上安装铝合金材料的 T 形槽结构可以固定和安装材料及刀具,横梁及Z 向机构可以支撑和带动主轴电机实现 Y 方向运动(上下移动)。 通过 HPGL 编写好指令上传到设备中。

(3)全自动搬运机械手设计

搬运机械手的设计采用气动控制、电机驱动。根据上位计算机的控制指令来完成初始动作,通过安装传感器,检测到来料时完成工件的抓举和搬运工作,当数控雕刻机完成工作后向上位计算机发出一个信号,机械手将加工好的工件从数控雕刻机工作台上搬运至起始位置,完成一个工作循环,通过安装机械手,整个雕铣全过程全部自动完成,构成了一个小型 FMC。

2 自动化控制

(1)电气控制柜结构设计与内部布局由于整个设备的电气控制部分全部安装在图 1中下面的控制柜中,为了更便于观察在实验过程中程序执行、运动状态和加工过程,专门在实验台一侧接出 1 套备用控制系统,2 套控制系统相同,电气柜更便于控制和观察整个电气控制部分的接线、 布线和程序执行状态。图 2 为电气柜内部接线图,从图 2 的布线结构中可以看出,整个设备的电气控制系统由 3部分组成。

①人机操作界面区域 主要由接线端子、 变压器、HIMI 人机操作界面和控制按钮组成, 人机操作组态界面采用 MCGS 昆仑通态编写界面和数据通信,控制按钮有启动、停止、急停、运行和复位 5 个按钮组成,主要控制整个设备的启动、停止、故障急停、手/自控制和恢复初始位置,组态屏则控制通过人机交换界面完成控制过程和数据交换;

②PLC 操作模式区域 主要控制搬运机械手的运行,通过合理的接入输入输出,控制机械手的自动抓举、上料、搬运和卸料等工作过程;

③单片机操作模式区域 主要完成数控雕刻机的换刀、雕铣、加工、工作台移动等工作过程。

(2)PLC 控制模式与 HIMI 操控界面在机械手的控制位置采用 PLC 控制,本文采用西门子 S7-200 CPU222 和 CPU226 两个 PLC 模块,为了便于后期的开发,加装了 2 个扩展模块,为了更加直观地实现机械手搬运物料的示教演示,采用了在组态环境下基于 PLC 的机械手控制方案。 通过数据通信将 PLC 相应接口与组态控制画面中的控制数据进行设置,完成信息交换。 HIMI 界面中采用昆仑通态(MCGS)组态环境实现控制方案的实用性、可靠性和实时性。

(3)单片机控制模式与数显操控界面数控雕刻机采用 8031 单片机和 8155H 可编程接口芯片机型接口设置,可以完成换刀、X、Y、Z 三个方向的进给,通过8段码显示其当前的状态。

(4)变频控制接口与参数设置变频器主题要控制数控雕刻机主轴电机的转速,位置控制可由旋转编码器来完成, 本文采用MM420 变频器,其适应性强、应用广泛及平台开放

本文通过设计一种全自动控制的数控雕刻机结构,阶段主要用于实验开发,并在开发过程中不断累积经验,在使用过程中找出问题和不足,本文所设计的内容仍在实践过程中,通过后期进一步的完善和整改达到更优化,并将其推广到工程实际中,对相关类型的设备进行自动化改造和升级提供指导与借鉴。