柔性加工中心單元工件自動識別及自動加工技術

張玉華，王世鵬，邢海豐

(1.吉林交通職業技術學院，吉林長春130012;2.大連交通大學，遼寧大連116021;3.吉林建大建筑工程檢測有限公司，吉林長春 130000)

柔性制造單元 (FMC)有獨立的工件儲存站和單元控制系統，能在機床上自動裝卸工件，自動檢測工件，從而可實現有限工序的連續生產，適于多品種小批量生產應用。

1 8托盤鏈式結構概述

鏈式托盤交換系統結構如圖1所示。托盤上裝夾有夾具及工件，在加工過程中，它與夾具及工件一起流動，類似通常的隨行夾具。環形工作臺用于工件的輸送與中間存儲，托盤座在環形導軌上由內側的環鏈拖動而回轉，每個托盤座上有地址識別碼。

當一個工件加工完畢，數控機床發出信號，由上下料驅動裝置將加工完的工件 (包括托盤)拖至回轉臺的空位處，然后由托盤驅動裝置將加工完的工件(包括托盤)轉至手動上下料區對應工位，再由上下料驅動裝置拖至手動上下料區，由操作者進行拆卸，并裝上待加工工件;同時待加工工件 (包括托盤)轉至上下料區對應工位，然后將待加工工件推至上下料區，由上下料驅動裝置拖至交換區，再由加工中心的交換裝置將夾具及待加工工件移至加工區定位加工。

圖1 托盤交換式FMC

2 夾具光目識別結構系統

如圖2所示，工作臺2安裝在機床交換區下支撐結構1上，在工作臺2的上方安裝有裝夾工件4的夾具10。在夾具10下方底座上鑲嵌有夾具標志塊3，在夾具10下方底座的側邊處位于機床交換區下支撐結構1上安裝有激光發射器7。在機床交換區上支撐結構5上安裝有激光接收器6，激光發射器7與激光接收器6相對設置。

圖2 夾具光目識別結構

在機床交換區下支撐結構1上安裝有與氣動裝置相接的氣缸9，與氣缸9相配的活塞桿的外端頭連接有護罩8，護罩8與激光發射器7相配，即可罩在激光發射器7的上方。

加工工件時，操作者將工件4裝卡完成后，按下手動按鈕，使機床數控系統得知裝卡完成。系統發出信號，氣缸9動作，帶動護罩8運動，使激光發射器7露出來，氣缸9帶動護罩8運動到指定位置停止。激光發射器7開始發射激光。夾具標志塊3遮擋部分激光，在上方的激光接收器6接收激光。機床數控系統根據激光接收器6接收到激光的實際寬度判斷夾具的具體編號。激光發射器7結束發射激光，然后氣缸9動作，帶動護罩8回位，罩在激光發射器7上，加工作業時起到保護激光發射器7的作用。整體結構簡單，動作靈活可靠，可準確識別夾具，保證被加工工件與系統的加工程序一致，提高了機床的工作效率，進一步提高了自動化程度，降低了工件的加工成本。

3 8APC夾具識別數控系統

托盤庫的啟停和定位是通過I/O LINK軸進行的，該軸通常對外圍機構進行固定動作的控制完成某種特定的運動和動作。該控制方法是通過FANUC系統提供的POWER ATE CNC管理功能對I/O LINK軸進行控制，通過βi系列放大器進行驅動，該放大器通過I/O LINK接口與CNC相連，CNC通過PLC梯形圖對該接口進行控制從而對伺服電機的控制，見圖3。

圖3 數據I/O LINK進行傳輸、傳遞指令和反饋信息

夾具的辨別。選用數字型激光傳感器，對夾具特定的區域進行檢測，通過檢測區域對傳感器光幕遮擋大小從而改變輸出電流的大小，電流信號通過系統的模擬量輸入模塊輸入到CNC系統中，再經過PLC內部功能塊進行轉換辨別 (圖4)，然后再通過PLC的邏輯順序通過系統外部工件號檢索功能調用相應的加工程序 (見圖5)。

圖4 模擬量輸入X80的PLC

圖5 CNC、PMC和機床之間的接口信號關系

(1)托盤庫有8個托盤 (或托盤庫7個，機內1個)。

(2)設定托盤庫的原位。

(3)在托盤上安裝夾具。

(4)設定要加工的托盤號。

(5)通過NC指令啟動托盤庫，托盤庫按照設定的順序進行旋轉，

(6)旋轉到位后，程序被調用出來后相應的夾具托盤通過傳動裝置送到待交換區內，當夾具托盤確認到位后，夾具光目識別系統運行對夾具進行檢測，把工件的數字化編號信號輸入到系統內。

(7)夾具光目識別系統成功識別后，交換裝置啟動，把待機側的夾具及工件交換到加工區，通過PLC調用相應的程序，見圖6，然后加工程序運行。

圖6 調用加工程序PLC部分框架程序

(8)托盤庫旋轉到與待機位托盤號相對應的工位，把待機位的托盤還回到托盤庫中。

(9)托盤庫旋轉到下一個設定的需要加工的夾具，等待加工區內加工完成。

(10)加工區內加工完成后，傳感器檢測托盤庫側需要加工的夾具，然后調出相應的程序，重復步驟(7)，把待加工的夾具及工件交換到加工區。

數據通過I/O LINK進行傳輸、傳遞指令和反饋信息。

CNC→AMP，控制AMP執行指定的動作。

AMP→CNC即AMP反饋給CNC的信息，目前AMP處在何種狀態。

4 結論

提出的激光工件識別系統有效提高了識別的可靠性和穩定性，可識別工件的數量也得到了提高。通過工件自動識別和自動加工系統，柔性制造單元的自動化程度得到了提高，同時結構系統的可靠性也得到了提高。

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