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    摘要：隨著制造業(yè)規(guī)模逐步變大，機床加工的作用更加明確的凸顯出來，數(shù)控加工中心在機床加工行業(yè)的優(yōu)勢顯而易見，為了更大發(fā)揮加工中心的工作效率，與機床能夠信號交互，實現(xiàn)為加工中心自動上、下料的非標機械手的需要大大提高，原因在于非標機械手可以根據(jù)現(xiàn)有機床上下料的方式靈活制定機械手的機械結(jié)構(gòu)和智能控制方式，實現(xiàn)最合理、最小空間的布局結(jié)構(gòu)，在智能系統(tǒng)的控制模式下，可以完全實現(xiàn)無人值守的控制模式，將操作者從繁瑣、危險的一線工作崗位切換到簡單、安全的輔助監(jiān)控工作崗位，充分體現(xiàn)出解放勞動力、人性工作、安全工作的工作理念。本文主要介紹基于德國倫茨伺服控制系統(tǒng)的龍門式直角坐標機械手的應用與控制。

    關(guān)鍵詞：倫茨；伺服；9400；直角坐標；機械手

    Abstract: With the fast development of the manufacturing industry, the function of machine tool processing stands out more clearly. The advantages of the CNC machining center become more obvious. In order to fulfill the work efficiency of the machining center,    the machine tool must achieve the signal interaction.   The blanking of non-standard manipulator does not need    improve a lot. The reason is that non-standard flexible manipulator can carry out well according to the existing machine tools and materials for mechanical structure of the manipulator and intelligent control method, and is able to achieve the reasonable and minimum space layout structure and mode. The control of the intelligent system can be fully realized with unattended mode of control. The operator can therefore switch to a simple and safe auxiliary monitoring work from the on-line trivial l and dangerous jobs, which gives full expression to liberate labour force, and work safely and naturally. This paper mainly introduces application and control of the manipulator of the gantry rectangular coordinate of the German Lenze servo control system.

    Key words: LENZE; Servo; 9400; Rectangularcoordinate; Manipulator

    1　龍門式機械手的應用與控制

    1.1 機械手的應用本文闡述來源于實際項目使用，項目有5臺數(shù)控加工中心，配置2臺智能執(zhí)教坐標機械手為加工中心自動上下料，機械手控制系統(tǒng)會根據(jù)加工中心發(fā)出來的“上料”或者“下料”請求合理命令其中一臺機械手來響應請求，實現(xiàn)高精度、高速、全程無人的上下料流程，機械手分為整體機械手結(jié)構(gòu)和配置，如圖1所示。

                                
                                       圖1 龍門式機械手外形結(jié)構(gòu)

    1.2　機械手的控制及傳動系統(tǒng)

    本機械手控制系統(tǒng)中分為邏輯控制的PLC控制系統(tǒng)和伺服定位、速度控制的伺服電機控制系統(tǒng)，機械手在運動其間的邏輯控制是在PLC控制系統(tǒng)里面完成，機械手的運行定位、運行速度和運行力矩等是在伺服驅(qū)動器里面完成，PLC控制系統(tǒng)與伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)采用Profibus-DP的總線方式進行連接，實現(xiàn)高速、穩(wěn)定、可靠的總線信號傳輸。

    （1）機械手PLC控制系統(tǒng)

    機械手控制系統(tǒng)采用德國西門子中高端可編程控制器，本控制器具有兩種通訊接口，Rj45和RS485，分別支持Ethernet和Profibus-DP通訊協(xié)議，本應用中Rj45接口用于與上層監(jiān)控網(wǎng)絡進行信號交互，RS485用于與伺服驅(qū)動器之間連接，進行總線通信。

    PLC邏輯控制程序通過西門子STEP7軟件進行編程，同時利用軟件中功能塊編制功能，可針對倫茨9400伺服驅(qū)動器編制特殊功能塊，在PLC程序中直接調(diào)用編制好的功能塊就可以輕松地與倫茨9400建立Profibus-DP連接，實現(xiàn)機械手的定位控制、速度控制、坐標原點建立、力矩給定等控制功能。功能塊可以進行加密處理，在不影響使用的前提下，可以有效保護技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)，同時可以在同樣控制架構(gòu)的系統(tǒng)中直接使用功能塊，有效降低技術(shù)門檻，縮減繁瑣的程序量，降低程序出錯率。

    自建主要功能塊如圖2～圖4所示。

                             
                                     圖2 控制系統(tǒng)位置設定功能塊

                            
                                   圖3 控制系統(tǒng)Homing點設定功能塊

                                
                                 圖4 控制系統(tǒng)實際位置標定功能塊

    （2）機械手傳動系統(tǒng)

    機械手傳動系統(tǒng)采用德國倫茨9400系列高端伺服驅(qū)動器和伺服電機，本伺服控制器選配RS485控制接口，支持Profibus-dp通訊協(xié)議，作為控制網(wǎng)絡中的系統(tǒng)從站，受PLC主站統(tǒng)一控制；倫茨9400伺服控制器采用模塊化配置和控制理念，各種接口和控制功能可以選用現(xiàn)有功能模塊進行擴展。

    9400伺服驅(qū)動器通過Engineer Highlevel軟件進行配置和編程，機械手運行的定位控制、速度控制、力矩控制、原點建立等運行控制功能均通過此軟件進行編程后下載到伺服驅(qū)動器中，此軟件采用模塊化控制和編程思路，針對不同的項目應用只需要設置不同的功能塊，最終在“FB_Edit”中編制控制程序。

    模塊化控制及主要定位功能如圖5～圖8所示。

                      
                                      圖5 模塊化控制圖

                          

                       
                                          圖6 傳動系統(tǒng)定位功能塊

                          
                                  圖7 傳動系統(tǒng)原點建立功能塊

                        
                                 圖8 傳動系統(tǒng)手動（示教）功能塊

                
                                             圖9　控制程序塊

    2　結(jié)語

    就目前機械裝配行業(yè)的迅猛發(fā)展，裝配精度要求越來越高，加之自動化控制技術(shù)和計算機通訊技術(shù)的飛躍發(fā)展，高效、高精度的加工和裝配技術(shù)備受關(guān)注，數(shù)控加工目前已經(jīng)發(fā)展得相當完善，可以實現(xiàn)多軸、多面一次性裝配加工完成，實現(xiàn)數(shù)控加工中心的自動上下料，可以解放勞動力，實現(xiàn)無人值守的工作模式，大大節(jié)省勞動力，將人從一線危險的操作崗位轉(zhuǎn)移到安全的監(jiān)控中心，是工作模式的一次大調(diào)整。

    針對數(shù)控加工中心開發(fā)的兩軸、三軸非標機械手的出現(xiàn)，使得加工中心的自動上下料得以實現(xiàn)，在保證快速搬運，高精度裝配，智能服務的同時還可以通過機械手進行大負載工件的搬運，另外根據(jù)加工中心的工藝擺放情況也可以實現(xiàn)一臺智能機械手服務于多臺數(shù)控機床，生產(chǎn)線管理人員在監(jiān)控中心通過監(jiān)控畫面就可以直接了解加工中心和機械手的工作狀態(tài)，使得高效、智能、安全的加工理念得以完好的實現(xiàn)。

    作者簡介

    張威（1981-），男，遼寧沈陽人，本科，助理工程師，現(xiàn)就職于沈陽新松機器人自動化股份有限公司，主要研究方向為電氣自動化。

    李立秋（1983-），男，河北深州人，本科，現(xiàn)就職于沈陽新松機器人自動化股份有限公司，主要研究方向為電氣自動化。

    劉麗（1971-），女，遼寧沈陽人，本科，高級工程師，副教授，現(xiàn)就職于沈陽職業(yè)技術(shù)學院，主要研究方向為電氣自動化。