隨著勞動(dòng)力成本的不斷上漲以及自動(dòng)化技術(shù)的高度發(fā)展，眾多制造企業(yè)將目光投向了無人車間。目前，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如汽車及其零部件制造、機(jī)械加工、電子、橡塑、食品工業(yè)、木材與家具制造等行業(yè)，這使得“車間無人”不再是空想。但是，無人車間的成功運(yùn)行還有賴于控制系統(tǒng)，就像人的大腦一樣，控制系統(tǒng)決定著無人車間的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
對(duì)于制造業(yè)而言，無人車間的靈魂就是數(shù)控系統(tǒng)。對(duì)此，臺(tái)達(dá)為客戶提供了高可靠度的NC300數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用DMCNET總線控制，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高速通訊傳輸能力，為無人車間的實(shí)現(xiàn)提供了整體解決方案。
1 項(xiàng)目背景
目前，國內(nèi)很多制造企業(yè)存在設(shè)備自動(dòng)化程度低以及部分設(shè)備逐漸老化的問題，這直接導(dǎo)致了企業(yè)生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品廢品率高，與此同時(shí)，人工在PPI（生產(chǎn)者物價(jià)指數(shù)）方面所占的比例越來越大，使得工廠利潤不斷被壓縮。面對(duì)這些挑戰(zhàn)，轉(zhuǎn)型升級(jí)是制造企業(yè)的唯一出路，而創(chuàng)新才是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重中之重。未來，企業(yè)還需進(jìn)一步調(diào)整生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，減少人工參與，優(yōu)化廠區(qū)管理，提高生產(chǎn)效率。所以，自動(dòng)化生產(chǎn)線是未來機(jī)械制造企業(yè)的必然選擇。
青島某機(jī)械制造有限公司主要研制、開發(fā)、生產(chǎn)各種型號(hào)的摩托車曲軸、壓縮機(jī)曲軸、園林機(jī)械曲軸等各種軸類部件，年生產(chǎn)能力達(dá)300萬套（件），產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)規(guī)模位居行業(yè)前列。該公司為早期國企改制單位，隨著訂單的增多，陳舊的設(shè)備已不能滿足生產(chǎn)需求。但是，在生產(chǎn)線成本的嚴(yán)格控制下，高價(jià)的進(jìn)口設(shè)備被拒之門外。經(jīng)多方考慮，該公司決定在自動(dòng)化生產(chǎn)線上的加工中心、鉆攻機(jī)、數(shù)控銑設(shè)備中引入臺(tái)達(dá)高性價(jià)比產(chǎn)品——NC300數(shù)控系統(tǒng)。
2 臺(tái)達(dá)系統(tǒng)特點(diǎn)
臺(tái)達(dá)全新的泛用型CNC控制器，、采用了高性價(jià)比的嵌入式硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了低耗能、減少溫升、增加系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的；另外，搭配臺(tái)達(dá)專用伺服和主軸，及新一代通訊網(wǎng)絡(luò)DMCNET（Delta Motion Control Network）進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸及控制；整合高速/高運(yùn)算精度晶片，擁有架構(gòu)即時(shí)分工的多控制核心，包括人機(jī)操作界面核心、運(yùn)動(dòng)控制核心、程序控制核心三大核心，由各自的高速運(yùn)算器進(jìn)行處理，可以提升控制器的處理效能，滿足高速、高精的機(jī)械切削加工要求。
圖1系統(tǒng)架構(gòu)
此外，該系統(tǒng)抗噪聲能力佳，省配線，節(jié)約裝機(jī)時(shí)間；可以實(shí)現(xiàn)高速、高分辨率的伺服控制；還可以發(fā)送及回授高精度命令，避免傳統(tǒng)高速脈波命令遺失問題；伺服參數(shù)管理簡便，方便調(diào)機(jī)；彈性大、可靠度高；可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)多軸同步控制。系統(tǒng)搭配臺(tái)達(dá)ECMC高精度伺服馬達(dá)、20-bit等級(jí)（1280000P/rev）編碼器，提升了定位精度與低速運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定度。
圖2 產(chǎn)品組合示意圖
3 生產(chǎn)流程
工人將毛坯送到車間門口，通過碼垛機(jī)將毛坯搬運(yùn)到送料車上，送料車根據(jù)總機(jī)呼叫進(jìn)入到放料區(qū)域，再通過碼垛機(jī)把料盤送到旋轉(zhuǎn)傳送帶上。
第一臺(tái)機(jī)器人從傳送帶取出毛坯將其放置到第一臺(tái)數(shù)控設(shè)備內(nèi)進(jìn)行加工，完畢后機(jī)器人將材料取出，同時(shí)放入未加工產(chǎn)品，把第一道工序加工完的產(chǎn)品放入自動(dòng)測(cè)量儀上進(jìn)行測(cè)量，合格產(chǎn)品放入下一工序，不合格產(chǎn)品被放入不合格區(qū)，同時(shí)，測(cè)量儀將測(cè)量結(jié)果告知數(shù)控機(jī)床，進(jìn)行磨耗誤差補(bǔ)償。后續(xù)加工按此流程進(jìn)行一一傳送。
當(dāng)總機(jī)通知進(jìn)行產(chǎn)品清空時(shí)，機(jī)器人把設(shè)備加工完的產(chǎn)品全部取出到料道中，并告知機(jī)床加工終止，機(jī)器人進(jìn)入休眠狀態(tài)。
整個(gè)生產(chǎn)流程分為兩個(gè)單元完成，第一單元完成初加工，第二單元完成深加工，便于設(shè)備維護(hù)以及新產(chǎn)品調(diào)試。
圖3 系統(tǒng)配置
4 項(xiàng)目實(shí)施
該項(xiàng)目中，臺(tái)達(dá)NC300數(shù)控系統(tǒng)分別布置在以下機(jī)床中：
鉆攻機(jī)床1號(hào)機(jī)的加工任務(wù)是鉆孔，兩邊工作臺(tái)加工不同產(chǎn)品。加工中心2號(hào)機(jī)的加工任務(wù)是分度鉆孔；銑床3號(hào)機(jī)的加工任務(wù)銑鍵槽，左工序；銑床4號(hào)機(jī)的加工任務(wù)是銑鍵槽，右工序；加工中心5號(hào)機(jī)的加工任務(wù)是鉆軸向孔；加工中心6號(hào)機(jī)的加工任務(wù)是鉆盤面孔；加工中心7號(hào)機(jī)的加工任務(wù)是鉆盤面孔。每一臺(tái)機(jī)床都配置了臺(tái)達(dá)NC300A-MS-A分體數(shù)控系統(tǒng)和8寸彩色液晶顯示屏，并搭配遠(yuǎn)程IO單元和ASD-A2系列伺服及ASD-S系列主伺服。
項(xiàng)目的實(shí)施過程中，臺(tái)達(dá)的數(shù)控系統(tǒng)起到了極為重要的作用。首先，根據(jù)生產(chǎn)線的邏輯流程規(guī)劃，臺(tái)達(dá)NC300數(shù)控系統(tǒng)通過PLC邏輯編程，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人與總機(jī)之間的信號(hào)交換，可實(shí)時(shí)反饋系統(tǒng)的加工狀態(tài)和產(chǎn)品的加工數(shù)據(jù)，便于總機(jī)統(tǒng)一管理。其次，臺(tái)達(dá)通過強(qiáng)大的A2伺服直接輸出模擬電壓，并將數(shù)據(jù)傳送到總機(jī)，工程師可以根據(jù)需要了解機(jī)床的運(yùn)行數(shù)據(jù)，如數(shù)控系統(tǒng)主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度等。
刀具的工作狀態(tài)直接影響加工精度及產(chǎn)品質(zhì)量。所以，加工時(shí)，刀具的管理至關(guān)重要。臺(tái)達(dá)NC300數(shù)控系統(tǒng)通過二次開發(fā)界面，為客戶定制了刀具壽命管理及斷刀保護(hù)功能，使客戶及時(shí)地了解刀具的使用狀態(tài)。
臺(tái)達(dá)的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化了PLC設(shè)計(jì)，設(shè)置了一系列安全保護(hù)功能，確保生產(chǎn)線可以安全可靠生產(chǎn)。而對(duì)于加工程序處理，臺(tái)達(dá)通過ETHERNET網(wǎng)絡(luò)由總機(jī)統(tǒng)一管理。
此外，臺(tái)達(dá)數(shù)控系統(tǒng)通過自帶的伺服自動(dòng)調(diào)整功能，以及有效的增益調(diào)整工具，對(duì)機(jī)床性能及加工產(chǎn)品的光潔度進(jìn)行控制，使其達(dá)到最佳控制特性，同時(shí)，求取控制回路中慣量數(shù)值、帶寬和增益值，將相關(guān)的增益參數(shù)自動(dòng)算出并且傳入伺服放大器中，使伺服系統(tǒng)發(fā)揮最大效能，并通過共振抑制功能，對(duì)機(jī)臺(tái)產(chǎn)品的共振點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)捕捉濾波處理，使機(jī)臺(tái)運(yùn)行更加平穩(wěn)。
數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能和方便維護(hù)的特性在生產(chǎn)線的運(yùn)行中也是非常重要的?？焖俚木S護(hù)可減少生產(chǎn)線停機(jī)時(shí)間，減少停機(jī)帶來的損失；通過系統(tǒng)監(jiān)視功能，工程師可隨時(shí)查看伺服運(yùn)行狀況及負(fù)載情況；系統(tǒng)的診斷功能可對(duì)外部控制動(dòng)作進(jìn)行診斷判別，方便工程師快速查找故障問題。
圖4 電柜箱I/O布局
5 結(jié)束語
在該項(xiàng)目中，工業(yè)機(jī)器人替代了高強(qiáng)度的人工操作，而高性能的控制系統(tǒng)使無人車間成為了現(xiàn)實(shí)，這樣不僅簡化了生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，企業(yè)還通過自動(dòng)化的管理流程，將生產(chǎn)效率大幅提高。臺(tái)達(dá)以高性價(jià)比的CNC產(chǎn)品贏得該生產(chǎn)線所用的多套數(shù)控系統(tǒng)訂單，產(chǎn)品運(yùn)行的穩(wěn)定性得到了客戶的認(rèn)可，同時(shí)，臺(tái)達(dá)CNC總線式控制、系統(tǒng)的高速響應(yīng)等特點(diǎn)在自動(dòng)化生產(chǎn)線上得到了驗(yàn)證。
