TVT-4000E3柔性制造系統(tǒng)在后橋傘齒輪加工的應(yīng)用

李立國 葛晨成

摘 要：隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的發(fā)展，各種制造加工業(yè)的發(fā)展趨勢都趨向于一體化制造加工方向。傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式工藝流程繁瑣，設(shè)備系統(tǒng)分散，整體維修維護(hù)難度大，生產(chǎn)過程中故障率較高，生產(chǎn)效率較低。為克服傳統(tǒng)生產(chǎn)模式中的缺陷和不足，在現(xiàn)場總線系統(tǒng)FCS或集散控制系統(tǒng)DCS模型下，引入以PROFIBUS-DP通訊模式的TVT-4000E3柔性制造單元可以很好的解決上述問題，提高生產(chǎn)效率，增加產(chǎn)能收益。

關(guān)鍵詞：TVT-4000E3柔性制造單元;PROFIBUS-DP通訊

一、研究模型

論文以后橋傘齒輪加工為項(xiàng)目模型，將鍛造、退火后的毛坯物料進(jìn)行車削、齒輪加工、表面硬化處理等工序在TVT-4000E3柔性制造單元中進(jìn)行模擬運(yùn)行，最終實(shí)現(xiàn)將鍛造、退火完成后的毛坯工件放入到生產(chǎn)線的始端（輸入端），在生產(chǎn)線的末端（輸出端）得到達(dá)到指定要求的傘齒輪。研究分析整體加工過程中一體化生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)及功能，為以后在實(shí)際生產(chǎn)的綜合運(yùn)用進(jìn)行前期的準(zhǔn)備工作。

二、生產(chǎn)線的構(gòu)造及功能介紹

（一）整體結(jié)構(gòu)與功介紹

根據(jù)生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品要求，一體化加工系統(tǒng)主要為滿足退火毛坯物料到后橋傘齒輪成品的加工。生產(chǎn)線中配有輸送站、機(jī)械手臂站、加工站、綜合處理站等子單元。根據(jù)加工順序排列，依次為輸送站、機(jī)械手臂、加工站、綜合處理站等四個(gè)子站。核心控制器選用為西門子s7—200PLC或西門子s7—300PLC均可，各個(gè)PLC之間的數(shù)據(jù)傳輸為PROFIBUS總線通訊技術(shù)，可編輯程序控制器配有PROFIBUS模塊（EM277模塊），用于控制單元之間的數(shù)據(jù)通訊。

TVT-4000E3柔性制造單元采用PROFIBUS總線技術(shù)的DP模式傳輸速率為9.6kbit/s。其中主站為輸送站與機(jī)械手臂站，其他子站掛靠在輸送站和機(jī)械手臂之下的從站，包括之后的拓展模塊（齒輪加工成型和熱處理，加工站臺(tái)全部掛靠在機(jī)械手臂站下，熱處理模塊掛靠在輸送站下。生產(chǎn)線的整體結(jié)構(gòu)如圖一所示。

（二）輸送站結(jié)構(gòu)與功介紹

輸送站輸出連接有變頻器和位置控制閥，輸入連接有位置探測器。在整個(gè)系統(tǒng)擔(dān)當(dāng)了傳送物料到達(dá)各個(gè)單元的任務(wù)。在總線控制中是第一個(gè)主站，也是物料到達(dá)的第一個(gè)站臺(tái)，主要由以下輔助單元模塊組成。

變頻器：變頻器主要控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)控制工件在傳送帶上的移動(dòng)速度。

位置控制閥：由擋料閥和起料閥兩部分組成，根據(jù)實(shí)際物料重量選取氣動(dòng)閥或是液動(dòng)閥。

位置探測器：主要檢測工件是否到達(dá)指定位置，反饋給PLC，確定是否輸出位置控制閥控制信號。

（三）機(jī)械手臂站結(jié)構(gòu)與功介紹

機(jī)械手臂站輸出連接動(dòng)作控制閥和移動(dòng)控制器，輸入連接限位開關(guān)和位置探測器。主要任務(wù)是將工件抓取到加工站進(jìn)行加工。在總線控制中是第二個(gè)主站，是物料到達(dá)的第二個(gè)站臺(tái)，主要由以下輔助單元模塊組成。

動(dòng)作控制閥：是由若干個(gè)氣動(dòng)閥或者液動(dòng)閥組成，主要用于控制機(jī)械手臂的抓取物料和放置物料

移動(dòng)控制器：主要根據(jù)實(shí)際情況分為步進(jìn)器和伺服器，在本生產(chǎn)線當(dāng)中為步進(jìn)器（I0.0和I0.2）。

位置檢測器：可以是有位置探測器或者旋轉(zhuǎn)編碼器構(gòu)成，主要目的是使機(jī)械手臂在指定位置下放或者抓起工件。

（四）加工站結(jié)構(gòu)與功介紹

加工站是整個(gè)生產(chǎn)線的核心站臺(tái)工件將在本站臺(tái)完成機(jī)械加工。在實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中機(jī)械手臂的從站將有若干個(gè)子站組成。后橋傘齒輪加工要具備有車床主站、銑床站和齒輪機(jī)床站，共同配合完成加工過程。加工站的輸出連接卡盤加緊閥、卡盤旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)輸出控制器、切削量控制模塊和確進(jìn)給量運(yùn)動(dòng)控制模塊。

車床進(jìn)給移動(dòng)為非直線運(yùn)動(dòng)時(shí)由切削運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)復(fù)合形成，輸入控制端有卡盤加緊檢測和刀架臺(tái)零點(diǎn)檢測點(diǎn)輔助完成進(jìn)給量的輸出控制。加工站是一個(gè)理想化站臺(tái)，是機(jī)械手臂站臺(tái)的從站，主要完成后橋傘齒輪的加工工藝流程，典型輔助單元及功能簡單表述如下。

第一，卡盤加緊閥：當(dāng)PLC輸出卡盤加緊閥控制信號時(shí)，卡盤開始加緊，保證工件緊固穩(wěn)定;

第二，物料加緊檢測器：為壓力探測器或者為磁性傳感器，只有物料加緊檢測器為接通時(shí)系統(tǒng)才啟動(dòng)切削運(yùn)動(dòng)或者運(yùn)行機(jī)床切削程序。

（五）熱處理站結(jié)構(gòu)與功介紹

熱處理站在本生產(chǎn)線當(dāng)中主要是作為終端處理站，主要完成后橋傘齒輪淬火和滲氮滲碳工藝處理。按照工藝參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)完成淬火、滲氮滲碳、精細(xì)打磨等任務(wù)輸出端連接倉料控制閥、機(jī)械手臂控制閥和移動(dòng)控制閥。機(jī)械手臂所抓取的工件物理環(huán)境和條件不同，因此在輸入連接有溫度檢測器等不同類型的傳感器，滿足不同工藝參數(shù)條件下的生產(chǎn)過程。

溫度檢測器：溫度探測器是熱處理站的核心原件，是控制熱處理站工作狀態(tài)的控制信號源。如淬火、滲氮、滲碳的工作狀態(tài)和機(jī)械手臂的狀態(tài)和料倉開閉狀態(tài)的控制，都需要溫度控制器反饋信號經(jīng)PLC處理后做出反饋判斷。

倉料控制閥：是由若干個(gè)氣動(dòng)閥或者液動(dòng)閥組成，主要控制料倉開啟和關(guān)閉控制閥。

機(jī)械手臂控制閥：是由若干個(gè)氣動(dòng)閥或者液動(dòng)閥組成，主要控制機(jī)械手臂狀態(tài)如抓取或者放下的動(dòng)作控制閥。

機(jī)械手臂移動(dòng)控制信號：發(fā)出控制機(jī)械手臂移動(dòng)的脈沖信號。

三、功能的深度開發(fā)

柔性制造系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)緊湊，功能單元完整，硬件單元的拓展性及軟件的兼容性好。以后橋傘齒輪加工為模型，在不同的主站或者子站都可以進(jìn)行功能的深度開發(fā)，市場前景和發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

（一）測量站

在機(jī)加工完成（單站或者全部機(jī)加工完成）后工件進(jìn)入到測量站檢測，只有合格后才行下一站移動(dòng)，不合格則發(fā)出警報(bào)。

（二）檢測站

檢測工件的表面硬度、粗糙度和是否存在裂紋和檢測，只有合格后才行下一站移動(dòng)，不合格則發(fā)出警報(bào)。

（三）表面處理站

對齒輪表面進(jìn)行打磨的處理站。

（四）全自動(dòng)鍛造站

將工件自動(dòng)鍛造形成后放入到輸送小車上進(jìn)行后續(xù)加工。

（五）全息位置探測器

以便實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對刀，增加生產(chǎn)線效率。提供增加探測器數(shù)量取消程序控制流程，改用反饋信號判斷方式，使加工更加精確。

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