針對目前工業(yè)生產(chǎn)線自動化程度不斷提高的現(xiàn)狀,本文主要介紹了中達電通六軸數(shù)控系統(tǒng)和臺達交流伺服在工業(yè)機械手臂上的技術應用,突出了中達電通數(shù)控系統(tǒng)自有的豐富功能,并配合臺達伺服系統(tǒng)優(yōu)異性能,能夠為客戶提供有價值的整合方案。
圖一 先進的FMS柔性無人加工車間
隨著工業(yè)生產(chǎn)線自動化程度的提高,并日趨向柔性化發(fā)展。工業(yè)機械手臂被越來越多的應用在涂漆、包裝、焊接、裝配等生產(chǎn)環(huán)節(jié),來代替人工完成惡劣環(huán)境下的勞動。本案介紹了利用中達電通六軸數(shù)控系統(tǒng)的六軸聯(lián)動和教導模式下自動生成NC程序等系統(tǒng)功能,配合臺達ASDA系列交流伺服強健控制和內(nèi)置的位置指令寄存器功能,來實現(xiàn)對六軸機械手臂的控制系統(tǒng)和自動生產(chǎn)線的技術改造。
一、技術要求和難點分析
客戶采購該六軸機械手臂,用于變壓器生產(chǎn)流水線的點膠、浸漆和烘干工序。原型機為日本制造,因控制系統(tǒng)損壞無法修復,故提出改造要求,并且需要控制系統(tǒng)和伺服滿足如下條件:
1.伺服運動軸
在機械上,六軸機械手臂結構上設計為6自由度空間坐標系。其中X、A、B、C軸采用伺服電機驅(qū)動1:10的齒輪箱間接傳動,做近似360度圓周運動,Y和Z軸采用伺服電機驅(qū)動螺距10mm的滾珠絲杠,再連接力臂做近似120度圓周運動。這六個伺服軸要求能夠聯(lián)動。
客戶要求在原有六軸機械手臂的基礎上,再增加一個伺服軸D通過絲杠用來拖動機械手臂前后運動,使其能自由移動到生產(chǎn)線的任何地方,但不要求聯(lián)動控制。
客戶還要求控制系統(tǒng)能夠控制七個軸,并且至少六軸聯(lián)動,伺服軸運動速度可調(diào)。
此外,對于伺服控制系統(tǒng),因為機械手臂在機械設計上采用6自由度空間坐標系,而區(qū)別于普通的直角坐標機械手臂機械。因而在運動過程中,機械負載的慣量會因為機械力臂的不同而發(fā)生較大范圍的變化,這就要求伺服系統(tǒng)具有優(yōu)異穩(wěn)定性、響應性和對負載變化自適應能力。
2.精度要求
機械回零精度:+/-1度。
重復定位精度:+/-1度。
定位精度:2mm。
要求控制系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)能夠具有檢測反饋,來保證機械運動精度。
3.NC加工程序處理
因為采用6自由度空間坐標系,無法采用手動編程和軟件編程。因而需要控制系統(tǒng)具有示教功能或者學習功能,能夠根據(jù)采集的數(shù)據(jù)自動生成NC加工程序,并能對自動生成的NC程序進行編輯和存儲。
4.輔助功能
在輔助功能上,要求控制系統(tǒng)能夠通過NC指令來控制多個氣動電磁閥動作來實現(xiàn)機械機能,并能根據(jù)需要添加檢測開關。
5.安全保護
在安全保護方面,除要求控制器可靠的穩(wěn)定性外,還要求控制系統(tǒng)具有必要的安全保護功能。
二、方案設計的可行性分析
通過對機械設計和控制技術要求分析,確定采用一臺中達電通六軸數(shù)控系統(tǒng)做上位控制器+7套臺達交流伺服做下位控制器的6AXIS+1 AXIS的控制架構,具體分析如下:
1.中達電通六軸數(shù)控系統(tǒng)的主要特點:
?。?)6個獨立伺服軸接口,能夠控制1~6軸聯(lián)動,能夠滿足伺服軸運動控制要求。
?。?)電壓命令型 (V-Command) 伺服接口,最小解析精度0.001mm,可配合光柵尺或旋轉(zhuǎn)編碼器實現(xiàn)閉環(huán)、半閉環(huán)控制,能夠滿足精度要求。
(3)最大響應速度500KPPS編碼器反饋,能夠滿足快速定位的需求。
?。?)具有教導模式,能夠記錄下當前的機械坐標點,并能根據(jù)采集的數(shù)據(jù)自動生成NC加工程序,操作者可以方便的對生成的程序進行編輯和閱讀。
?。?)控制器內(nèi)存有240K存儲空間,可儲存1000個NC加工程序,配合標準的CNC鍵盤可輕松對加工程序進行編輯。
?。?)通過六軸數(shù)控簡易I/0控制指令和內(nèi)置PLC開發(fā),能夠靈活的通過NC程序?qū)崿F(xiàn)輔助機能。
?。?)內(nèi)置可編程PLC,標準配置為24INPUT/ 16OUTPUT,最大可擴展到96INPUT/64OUTPUT,完全能夠滿足電氣互鎖、行程保護、緊急停止等安全電路的設計要求。
?。?)配合外配的電子手搖輪可實現(xiàn)“加工程序手搖輪測試”功能,防止機械撞機。
通過比較分析,中達電通六軸數(shù)控系統(tǒng)完全能夠滿足作為機械手臂上位控制器要求。
2.臺達交流伺服系統(tǒng)的主要特點:
?。?)具有多種控制模式,可與上位控制器靈活配合,應用廣泛。
(2)通過伺服內(nèi)置的運動控制器和外部的I/O來自由規(guī)劃的8組位置指令寄存器是實現(xiàn)對機械第七軸(D軸)控制的關鍵。
?。?)強健式的控制模式,在負載慣量大范圍的變化時,系統(tǒng)仍然可以保持優(yōu)異的性能。
(4)具有位置P-CURVE和速度S-CURVE平滑功能,且命令來源不論是外部模擬量輸入還是內(nèi)部寄存器設定均有平滑功能。
?。?)豐富的軟件功能,方便用戶用調(diào)試。
通過比較分析,臺達交流伺服系統(tǒng)也完全能夠滿足作為機械手臂做下位控制器要求。
通過對機械結構、負載慣量、輸出扭矩的分析計算,故選用下列伺服:ASDA 3kW*1臺、ASDA 2kW*1臺、ASDA 1kW*2臺、ASDA 200W*2臺、ASDA 100kW*1臺,共7臺伺服驅(qū)動器做下位控制器。
轉(zhuǎn)載請注明出處。