基于凯恩帝数控系统的桁架式自动上下料系统设计

赵修祥， 张 金

（济南四机数控机床有限公司， 山东 济南 250000）

0 引言

随着工业制造技术发展及智能制造概念的提出，智能化工厂对数控机床技术的发展起到了巨大的推动作用，数控机床智能化的应用已成为智能化工厂的主流，在这样智能化大环境的背景下，该项目基于KND 1000TF1i 数控系统“MJK1312×250 经济型数控外圆磨床”为应用对象，利用该项目的伺服运动开发系统、数控系统、桁架式机械手自动上下料机构等设备的硬件和软件资源，结合伺服运动的优化控制工程，KND 1000TF1i 数控系统伺服通信和系统参数的设置，数控磨床和桁架自动上下料机构一起构成整个智能自动化生产线，实现自动取料、尾架自动顶紧、自动磨削工件、自动放料，不需要工人重复操作生产的单机自动化磨削生产线，以节约用人成本，提高产品附加值[1]。

KND 1000TF1i 数控系统使用KSSB 伺服总线，配置SD310 进给伺服，可适合直切床身磨床等多种机型；主要应用于磨削轴类零件，特别是在精加工领域，成本低可靠性高等优点。桁架部分中KPC200 除控制桁架移动外，还要负责料盘运动，自动运行中流程控制，是自动上下料的控制核心；KPT200 是配套的手持式示教器，可自定义桁架示意图，点位注释，动态显示桁架点位等。单机自动上下料整体结构作为普通磨床及其他机型数控机床越来越受到机床生产商和零部件制造商的重视，整个智能化工业能力得到了进一步的发展；该智能化单机生产线实际上是基于数控机床中最典型的创新和研发，对零件定位精度、传动效率高的要求进行了技术研发，集通信、气动、传感器检测、机械结构、数控功能于一体，将桁架与数控磨床的功能有效结合，降低了工人的劳动强度，由于取料、卸料的紧密结合和零件的自动加工，大大提高了工作效率，具有非常大的推广利用价值。

1 单机桁架机械手系统的组成及机械结构设计

单机桁架机械手系统主要由数控系统、外圆磨床主机、两轴桁架机械手自动送料机构、桁架控制系统等辅助部件组成，其布局如图1 所示。

1.1 数控系统

数控系统由KND 1000TF1i 数控系统、SD310 交流伺服驱动器、头架主轴伺服驱动器、远程I/O 单元模块、伺服电机和头架主轴电机等组成，其中KND 1000TF1i 数控系统主要用于工件磨削和系统参数调试。

1.2 外圆磨床主机

主要由MJK1312×250 型外圆磨床床身、上工作台、下工作台、滑鞍、动静压砂轮箱、头架、尾架、液压油箱、静压油箱、水箱和封闭罩等各个部件组成[2]。

1.3 两轴桁架机械手自动送料机构

主要由2 个气缸（分别是上料臂气缸和下料臂气缸），2 个气缸带动夹爪（分别是取料爪气缸和下料爪气缸）和一个摆料架组成。其中上下料气缸带气动料爪是由桁架轴X 轴交流伺服电机经减速器减速后驱动在水平方向运动的，由2 个气缸分别控制上下料臂上升或下降，另外2 个气缸分别控制取放料爪夹紧或松开；摆料架可最多放32 个未加工零件，由料仓Y轴交流电机驱动，摆料位上安装可拆卸的活动放料板，遇到不同长度的零件可以自由排列，当桁架走到未加工零件位置时，上料臂气缸下来抓取毛胚零件放置在磨床2 个顶尖的中心位置后尾架顶紧；磨削加工完成后的合格零件由下料臂气缸下来抓取后放置在卸料传送带上。上下料系统的辅助部件主要由气压检测继电器、磁环传感器、气泵、电磁阀、气管及连接线等组成，上下料气缸配有带磁环传感器，可轻松调整气缸到位检测位置[3]。起到安全保护作用；取放料爪采用V 型结构，为了实现夹紧工件能更牢靠，夹爪头部采用齿型连接能更方便的调节夹爪间隙；这种方案主要用于夹紧圆柱形零件，使用这种结构，可以实现工件的快速定位和夹紧，以适应不同直径的零件，避免零件松动；同时采用节流阀控制上下料臂气缸的速度，调节上下料节拍，提高生产效率，机械手送料机构的结构示意图见图2。

图2 机械手送料机构示意图

1.4 桁架控制系统（触摸屏）

包括KPT200 触摸屏、KPC200 控制器、交流伺服驱动器、伺服电机等电气元件组成，其中KPT200 触摸屏主要用于设置两轴桁架的系统参数和动作指令以及运动速度和方向控制等。

2 基于数控系统的桁架机械手与磨床联机程序的设计

通过KND 系统的位置开关来确认机床位置是否在上下料安全位；当机床位置在安全位置后，利用系统变量判定机床联机按钮是否按下；当安全位置确认，桁架联机开启后，夹具反转打开工件，利用M 指令来给桁架发换件请求信息，桁架接收到信息后会到机床侧换料，换料完成后会给机床换件完成信号，机床接收到完成信号后会启动磨削程序，磨削完成后会再次判定是否联机，如果没联机程序直接结束，如果联机会调到开头判断一下安全位置，周而复始，数控系统的桁架机械手与磨床联机程序的流程图见图3。

图3 数控系统的桁架机械手与磨床联机程序的流程图

3 结语

在自动化设计中，基于KND 1000TF1i 总线数控系统的磨床单机自动化，不仅调试简洁与方便，而且价格便宜；适用于很多中小企业单机自动化的生产车间，该型式的磨床自动化的开发已经在电机、汽配、晶体、五金等行业得到广泛应用，并取得了很好的效果，得到终端用户的高度认可；在不久的将来会成为各种机加工行业的首选，具有广阔的推广应用前景。