基于凱恩帝數控系統的桁架式自動上下料系統設計

趙修祥， 張 金

（濟南四機數控機床有限公司， 山東 濟南 250000）

0 引言

隨著工業制造技術發展及智能制造概念的提出，智能化工廠對數控機床技術的發展起到了巨大的推動作用，數控機床智能化的應用已成為智能化工廠的主流，在這樣智能化大環境的背景下，該項目基于KND 1000TF1i 數控系統“MJK1312×250 經濟型數控外圓磨床”為應用對象，利用該項目的伺服運動開發系統、數控系統、桁架式機械手自動上下料機構等設備的硬件和軟件資源，結合伺服運動的優化控制工程，KND 1000TF1i 數控系統伺服通信和系統參數的設置，數控磨床和桁架自動上下料機構一起構成整個智能自動化生產線，實現自動取料、尾架自動頂緊、自動磨削工件、自動放料，不需要工人重復操作生產的單機自動化磨削生產線，以節約用人成本，提高產品附加值[1]。

KND 1000TF1i 數控系統使用KSSB 伺服總線，配置SD310 進給伺服，可適合直切床身磨床等多種機型；主要應用于磨削軸類零件，特別是在精加工領域，成本低可靠性高等優點。桁架部分中KPC200 除控制桁架移動外，還要負責料盤運動，自動運行中流程控制，是自動上下料的控制核心；KPT200 是配套的手持式示教器，可自定義桁架示意圖，點位注釋，動態顯示桁架點位等。單機自動上下料整體結構作為普通磨床及其他機型數控機床越來越受到機床生產商和零部件制造商的重視，整個智能化工業能力得到了進一步的發展；該智能化單機生產線實際上是基于數控機床中最典型的創新和研發，對零件定位精度、傳動效率高的要求進行了技術研發，集通信、氣動、傳感器檢測、機械結構、數控功能于一體，將桁架與數控磨床的功能有效結合，降低了工人的勞動強度，由于取料、卸料的緊密結合和零件的自動加工，大大提高了工作效率，具有非常大的推廣利用價值。

1 單機桁架機械手系統的組成及機械結構設計

單機桁架機械手系統主要由數控系統、外圓磨床主機、兩軸桁架機械手自動送料機構、桁架控制系統等輔助部件組成，其布局如圖1 所示。

1.1 數控系統

數控系統由KND 1000TF1i 數控系統、SD310 交流伺服驅動器、頭架主軸伺服驅動器、遠程I/O 單元模塊、伺服電機和頭架主軸電機等組成，其中KND 1000TF1i 數控系統主要用于工件磨削和系統參數調試。

1.2 外圓磨床主機

主要由MJK1312×250 型外圓磨床床身、上工作臺、下工作臺、滑鞍、動靜壓砂輪箱、頭架、尾架、液壓油箱、靜壓油箱、水箱和封閉罩等各個部件組成[2]。

1.3 兩軸桁架機械手自動送料機構

主要由2 個氣缸（分別是上料臂氣缸和下料臂氣缸），2 個氣缸帶動夾爪（分別是取料爪氣缸和下料爪氣缸）和一個擺料架組成。其中上下料氣缸帶氣動料爪是由桁架軸X 軸交流伺服電機經減速器減速后驅動在水平方向運動的，由2 個氣缸分別控制上下料臂上升或下降，另外2 個氣缸分別控制取放料爪夾緊或松開；擺料架可最多放32 個未加工零件，由料倉Y軸交流電機驅動，擺料位上安裝可拆卸的活動放料板，遇到不同長度的零件可以自由排列，當桁架走到未加工零件位置時，上料臂氣缸下來抓取毛胚零件放置在磨床2 個頂尖的中心位置后尾架頂緊；磨削加工完成后的合格零件由下料臂氣缸下來抓取后放置在卸料傳送帶上。上下料系統的輔助部件主要由氣壓檢測繼電器、磁環傳感器、氣泵、電磁閥、氣管及連接線等組成，上下料氣缸配有帶磁環傳感器，可輕松調整氣缸到位檢測位置[3]。起到安全保護作用；取放料爪采用V 型結構，為了實現夾緊工件能更牢靠，夾爪頭部采用齒型連接能更方便的調節夾爪間隙；這種方案主要用于夾緊圓柱形零件，使用這種結構，可以實現工件的快速定位和夾緊，以適應不同直徑的零件，避免零件松動；同時采用節流閥控制上下料臂氣缸的速度，調節上下料節拍，提高生產效率，機械手送料機構的結構示意圖見圖2。

圖2 機械手送料機構示意圖

1.4 桁架控制系統（觸摸屏）

包括KPT200 觸摸屏、KPC200 控制器、交流伺服驅動器、伺服電機等電氣元件組成，其中KPT200 觸摸屏主要用于設置兩軸桁架的系統參數和動作指令以及運動速度和方向控制等。

2 基于數控系統的桁架機械手與磨床聯機程序的設計

通過KND 系統的位置開關來確認機床位置是否在上下料安全位；當機床位置在安全位置后，利用系統變量判定機床聯機按鈕是否按下；當安全位置確認，桁架聯機開啟后，夾具反轉打開工件，利用M 指令來給桁架發換件請求信息，桁架接收到信息后會到機床側換料，換料完成后會給機床換件完成信號，機床接收到完成信號后會啟動磨削程序，磨削完成后會再次判定是否聯機，如果沒聯機程序直接結束，如果聯機會調到開頭判斷一下安全位置，周而復始，數控系統的桁架機械手與磨床聯機程序的流程圖見圖3。

圖3 數控系統的桁架機械手與磨床聯機程序的流程圖

3 結語

在自動化設計中，基于KND 1000TF1i 總線數控系統的磨床單機自動化，不僅調試簡潔與方便，而且價格便宜；適用于很多中小企業單機自動化的生產車間，該型式的磨床自動化的開發已經在電機、汽配、晶體、五金等行業得到廣泛應用，并取得了很好的效果，得到終端用戶的高度認可；在不久的將來會成為各種機加工行業的首選，具有廣闊的推廣應用前景。