機械裝配裝置電氣控制系統的優化及數控參數的調整

白益文

（山西省輕工建設有限責任公司， 山西 太原 030012）

引言

近年來，隨著現代制造技術的不斷發展和進步，社會生產力得到明顯提升。對于零件而言，在機械設備自動化水平和智能化水平的支撐下，其制造業已經逐步進入自動化時代。但是，對于一個完整的機械設備或者大部件而言，其生產效率和質量在很大程度上受制于其組成零部件的裝配效率和質量[1]。也就是說，機械制造水平和裝配水平差距較大，制約了整個機械制造行業的發展。因此，實現機械制造行業的全自動化對降低行業的制造水平，降低生產成本，并保證最終制造并組裝產品的質量具有重要意義。本文著重對機械裝配電氣控制系統進行優化，并對其裝配系統的數控參數進行調整，以提高機械制造行業的裝配效率。

1 機械裝配裝置概述

機械裝配裝置的主要組成部分包括有機械本體、控制系統、測量系統、傳感器系統以及啟動系統等。機械裝配裝置控制系統對應的結構框圖如圖1 所示。

圖1 機械裝配控制系統結構框圖

機械裝配控制系統根據所裝配零部件的不同均按照如下順序完成裝配。具體順序如下：吸具退出—吸取待裝配的零件—根據待裝配零部件的位置關系對其姿態進行測量，根據測量結果移動裝配零件至指定位置，釋放待裝配零件。根據機械裝配系統的動作先后次序及原理為其配置相應的數控系統，為保證后期各個模塊維護便捷性和成本，采用模塊化設計理念對數控系統進行設計，主要包括有人機界面系統、840D 數控系統和FM-NC 數控系統。其中，840D 為機械裝配系統的主控制系統，其主要完成系統各個軸的運動控制與上位機、FM-NC 系統和相關傳感器的通信外，還對整個裝配過程進行實時監測和控制。

當前機械裝配裝置控制系統在實際裝配過程中存在安全隱患，而且裝配所得產品存在一定的誤差[2]。因此，本文將從電氣系統改進著手提高機械裝配裝置的可靠性和裝配精度。

2 電氣控制系統的優化及改進

本節擬通過對機械裝配裝置電氣控制系統進行優化改進，以提升裝配裝置的可靠性和安全性，使其對應的硬件結構更加緊湊，控制更加便捷。總體優化改進思路如下：

1）針對提高電氣控制系統的可靠性，擬采用冗余設計技術實現；

2）針對提高電氣控制系統的安全性，擬通過增加相應的檢測系統保證，并為其配置相應的軟件系統，豐富故障診斷和報警功能；

3）為實現對裝配裝置的便捷控制，對原先兩套控制系統進行簡化，在降低軟件開發難度的同時，提高控制程序的靈活性；同時，對控制系統進行簡化還可避免兩套控制系統通訊時出現錯誤。

本節將從電氣系統和控制系統兩方面詳細闡述具體優化改進方案。

2.1 電氣系統的優化改進

針對電氣系統的優化改進著重對提升裝配裝置氣動手爪和真空吸具的可靠性和安全性對其電氣系統進行改進。為解決真空吸具和氣動手爪的誤動作，采用雙模塊輸出對真空吸具和氣動手爪進行控制，以提高其可靠性；為進一步提升真空吸具和氣動手爪的安全性，對兩部件采用混合并聯冗余設計對其進行控制[3]。

針對真空吸具和氣動手爪電氣系統可靠性和安全性的優化改進如圖2 所示。

圖2 基于雙模塊輸出和冗余設計改進電氣系統

此外，對于機械裝配裝置而言其中涉及了高電壓、大電流的電力電氣設備，在實際工作時由于線路中大電流以及電磁等均會對電氣系統的控制精度造成干擾。為此，對原機械裝配裝置電氣系統采用常規的屏蔽技術、接地技術以及濾波技術提升系統內部的抗干擾能力。具體操作如下：

1）系統內部的電纜均對其進行屏蔽處理，在阻隔其他線路干擾的同時，也避免其對其他線路的干擾；

2）為裝配裝置設置虛擬地并形成一個電流回路實現接地，包括保護地線、工作地線和屏蔽接地。其中，針對屏蔽接地與電纜的屏蔽層聯合應用，即將電纜的屏蔽層匯聚為一條線與接地銅排連接；

3）基于濾波技術主要對電氣系統中的電磁噪聲問題進行解決；除此之外，為電氣系統配置抑制器對元器件之間的浪涌問題進行解決。

2.2 控制系統的優化改進

針對機械裝配裝置采用兩套控制系統分別對數字伺服軸和模擬伺服軸控制時存在的兩套控制系統通訊容易出現錯誤，且對應軟硬件結構均相對復雜的問題，對其控制系統進行簡化改造[4]?？傮w優化改進思路為將原來840D 和FM-NC 的兩套數控系統簡化為基于ANA 模塊的840D 控制系統?？刂葡到y優化改進后的結構如圖3 所示。

圖3 基于ANA 模塊對840D 控制系統改進后結構圖

如圖3 所示，基于ANA 模塊840D 數控模塊對機械裝配裝置進行改進后主要特點在于采用ANA模塊替代原FM-NC 數控模塊對模擬伺服軸進行控制。經實踐表明，基于ANA 模塊對控制系統進行改進后對應控制系統的結構更加簡單，更加緊湊；經優化改進后的一套控制系統解決原兩套控制系統信號處理以及信號傳輸所導致的控制延時問題，特別需要注意的是由于避免了兩套控制系統的通訊問題，從而消除了由于通訊所導致的故障。

因此，基于ANA 模塊對控制系統進行改進后大大提升了系統的可靠性和安全性。

3 機械裝配裝置數控參數的調整

對機械裝配裝置數控系統對應的電氣系統和控制系統分別進行改進優化后，為保證改進后控制系統能夠按照預定要求對裝配過程進行控制，還需對其數控參數進行調整，主要對PLC 控制器中的參數進行調整，具體調整步驟如下：

1）將原PLC 控制器及對應標準機中的數據擦除；

2）根據機械裝配裝置控制要求對PLC 控制器中的參數進行重新設置，對改進后控制系統的特殊功能進行添加，重新對裝配裝置的定位精度檢測進行設置[5]。

3.1 數據的清除

對于PLC 控制器中參數的重設需經歷如下步驟:將控制系統的PLC 控制器電源關閉，即將開關打至“STOP”的擋位；將PLC 控制器電源打開，將開關打至“MRES”的擋位，待“STOP”燈重新亮起后，松開“MRES”檔位，反復操作完成PLC 控制器參數的清除工作。

對于標準機床中參數的重設需經歷如下步驟：將標準機床關閉，同時將標準機床硬件開關打至“1”的位置；將標準機床開機，待裝配裝置數控系統正常啟動后，將標準機床硬件開關打至“0”的位置，至此完成標準機床參數的清除工作。

3.2 數控系統精度檢測的調整

對于機械裝配裝置在實際操作過程中的誤差檢測主要通過雙頻激光干涉儀完成。在實際裝配過程中由于不同設備及部件的裝配允許誤差不同，故需根據實際裝配對象對精度進行調整。對于改進后裝配裝置數控系統的精度而言，采用螺距的補償功能對其可達到的精度進行調整。具體精度檢測調整步驟如下：

1）啟動數控系統中的螺距誤差補償測試程序，并采用雙頻激光干涉儀對當前數控系統螺距誤差的具體值進行檢測；

2）根據所測定的具體誤差數值寫入螺距誤差補償程序中，啟動螺距誤差補償程序，從而完成對機械裝配裝置數控系統誤差的檢測和調整。

4 結語

隨著我國制造業水平的不斷發展與進步，目前針對多種特種零件的加工技術已經取得了關鍵突破；同時，制造設備自動化水平的不斷提升也大大提高了零件的加工效率。但是，對于一個設備而言，還需對加工好的零件進行裝配，也就是說零件裝配的質量和效率在很大程度上決定了設備的質量和加工速度。針對當前機械裝配裝置可靠性低、裝配誤差大以及安全性低的問題，基于雙模塊輸出和冗余設計改進電氣系統，基于ANA 模塊對數控系統進行簡化改造；此外，還對改進后數控系統的參數進行重設，對改進后裝配裝置誤差進行重新調整設定。

總的來說，為機械裝配裝置電氣控制系統增加相應的冗余設計、屏蔽設計等理念，并將原有的兩個獨立的控制系統簡化為一個控制系統，大大簡化了控制系統結構，解決了原來兩個控制系統通訊故障的問題，從根本上提升了機械裝配裝置的可靠性和安全性。