CN108588359B - 汽车转向节双工位淬火机床与上下料机械手自动控制系统 - Google Patents

汽车转向节双工位淬火机床与上下料机械手自动控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明提出了汽车转向节双工位淬火机床与上下料机械手自动控制系统，其技术改进核心是：另外设置有PLC控制器、网络交换机，PLC控制器、机械手控制系统、数控系统用总线连接至网络交换机，用网络将两个工位的数控系统、机器人控制系统，PLC控制器连接到网络交换机上，配置其IP地址以连通信号；通过PLC控制器沟通两个工位的数控系统与机械手控制系统的交互信号，实现两者的相互配合，上下料机械手自动上下料以及机床自动淬火运行，满足了生产和工艺方面的要求。控制主轴旋转电机准确停止，使得定位精准，解决了上下料机械手的取料问题。设计了转向节端面定位检测装置，以转向节端面进行定位检测，提高精确度，对淬火效果有利。

Description

汽车转向节双工位淬火机床与上下料机械手自动控制系统
技术领域
本发明涉及一种用于汽车转向节的双工位淬火机床与上下料机械手自动控制系统，属于汽车零部件淬火设备领域。
背景技术
随着汽车行业的发展，淬火机床在汽车零部件加工中应用越来越广泛。转向节是汽车转向桥上的主要零件之一，转向节的功用是承受汽车前部载荷，支承并带动前轮绕主销转动而使汽车转向，在汽车行驶状态下，它承受着多变的冲击载荷，要求具有高的强度和硬度，因此多采用高频淬火工艺。淬火部位是转向节端面和部分轴颈。
目前，国内在进行转向节进行淬火时，基本采用数控淬火机床控制系统，但均为人工操作，在人工进行上下料时，需要踩住脚踏板让上顶尖缩回，然后将转向节上下锥口对齐到上下顶尖，由于转向节较重，把转向节和上下顶尖对齐需要较多的时间，影响了生产节拍和效率。机械手用于单机或自动线上传送工件，可以减轻操作工的劳动强度，同时还可以大大提升生产效率。现有的汽车转向节双工位淬火机床与上下料机械手自动控制系统还具有以下不足:(1)操作复杂、难入手，操作人员需要长期培训；(2)工件重，人工淬火，费时费力，节拍较慢，浪费人力，效率不高；（3）机械手、淬火机床都是单独的控制系统控制的，二者信号没有交互，容易出现控制不协调的问题。
发明内容
本发明的目的在于解决现有的数控淬火机床控制系统的不足以及对其进行开发，提供汽车转向节双工位淬火机床与上下料机械手自动控制系统，加入机械手与淬火机床信号交互，主要解决的问题是：操作复杂、难入手，操作人员需要长期培训；工件重，人工淬火，费时费力，节拍较慢，浪费人力，效率不高；机械手与淬火机床中的控制没有交互。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：汽车转向节双工位淬火机床与上下料机械手自动控制系统，包括汽车转向节淬火机床、上下料机械手，汽车转向节淬火机床由左右两个工位组成，实现双工位交替淬火，每个工位包括伺服电机、主轴旋转电机、上顶尖、下顶尖、拖板、数控系统、冷却水循环系统；
所述的上顶尖、下顶尖顶紧转向节，主轴旋转电机通过皮带，带动下顶尖旋转，从而带动转向节旋转；伺服电机通过带动丝杠来实现拖板上下移动；
所述上下料机械手实现上、下料；
所述上下料机械手、上顶尖气缸、安全门开关检测、上料架都设有检测开关；
所述的检测开关、启动按钮、停止按钮、急停按钮分别接入数控系统；
所述上下料机械手由机械手控制系统控制；
其特征在于：另外设置有PLC控制器、网络交换机，PLC控制器、机械手控制系统、数控系统用总线连接至网络交换机，用网络将两个工位的数控系统、机器人控制系统、PLC控制器连接到网络交换机上，配置其IP地址以连通信号；通过PLC控制器沟通两个工位的数控系统与机械手控制系统的交互信号，实现两者的相互配合，上下料机械手自动上下料以及机床自动淬火运行，满足了生产和工艺方面的要求。
本发明中，在拖板上固定一个接近开关，下顶尖上固定有拨杆，当拨杆转过接近开关时，接近开关信号输入到数控系统输入口，当加工程序执行旋转准停后，当下顶尖上的拨杆转到接近开关位置时，旋转启动信号复位，实现主轴旋转电机准确停止，使得定位精准，解决了上下料机械手的取料问题。
本发明以转向节端面定位检测的方式，保证感应器线圈与转向节之间的位置，提高精确度，对淬火效果有利。
所述的汽车转向节双工位淬火机床安装有三色报警灯，分别对设备故障、正常运行、等待进行提示。
有益效果：
（1）对旋转准停进行了开发，通过配合高速输入信号，使得定位精准，解决了机械手取料问题；
（2）信息接入PLC控制器，方便调试，维修；
（3）控制系统完善，启动后，自行工作，无须多余参与；
（4）通过PLC控制器沟通数控系统与机械手控制系统的交互信号，实现两者的相互配合，机械手自动上下料以及机床自动淬火运行，满足了生产和工艺方面的要求。
附图说明
图1为汽车转向节双工位淬火机床的主视图；
图2为本发明结构示意方框图；
图3为本发明机床淬火加工流程图；
图4为本发明淬火机床转向节端面定位检测装置电气图；
图中标号为：1、伺服电机；2、丝杠；3、主轴旋转电机；4、上顶尖；5、转向节；6、转向节端面；7、拨杆；8、下顶尖；9、接近开关；10、拖板。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案。
如图1所示，转向节淬火机床由左右两个工位组成，实现双工位交替淬火，提升工作效率。每个工位安装有伺服电机1、丝杠2、主轴旋转电机3、上顶尖4、拨杆7、下顶尖8、接近开关9、拖板10、机械手及其控制柜等。
如图2所示，另外设置有PLC控制器、网络交换机，PLC控制器、机械手控制系统、数控系统用总线连接至网络交换机，用网络将两个工位的数控系统、机器人控制系统、PLC控制器连接到网络交换机上，配置其IP地址以连通信号；通过PLC控制器沟通两个工位的数控系统与机械手控制系统的交互信号，实现两者的相互配合，上下料机械手自动上下料以及机床自动淬火运行，满足了生产和工艺方面的要求；
转向节双工位淬火机床由2个数控系统分别控制左右工位，机械手控制系统控制六关节机械手的位置，机械手上的气阀控制气爪夹紧松开，气阀由PLC控制器控制。机械手气爪张合信号由磁性开关检测，并且输出开关信号给PLC控制器。上、下料爪的检测开关和气阀控制单元连接到PLC控制器，检测条件作为输入信号，判断当前状态，输出执行张合动作，用于抓料放料。
本发明的工作原理如下：首先光电开关检测抓料架上的抓料位是否有转向节5。如果有料，机械手移动到抓料位，A爪夹起转向节5；没有料则机械手会在原点等待。机械手夹起转向节5后，返回原点。然后检测淬火机床两个工位的安全门是否打开，因为机床加工程序中已经设定加工开始前，门需要关闭，加工完成后，门自动打开，以此来判断淬火是否完成。等有开门信号时，机械手去相应工位换B爪把淬火完的转向节5取下来。机械手退出机床，换A爪，把未淬火的转向节5放到淬火工位上，机床上顶尖4和下顶尖8固定转向节5；然后机械手再退出机床到设定点，发上料完成信号，淬火机床数控系统开始启动转向节5淬火程序。机械手继续移动到放料位，把淬火后的转向节5放下，然后返回到原点，等待执行下一个循环。
双工位淬火机床内部工作流程如图3所示：淬火机床收到机械手的上料完成信号后，开始转向节5淬火，先关闭安全门，保证加工安全。随后主轴旋转电机3通过皮带带动下顶尖8旋转，从而带动转向节5旋转，此外下顶尖8侧面安装有拨杆7，下顶尖8旋转后拨杆7会碰到转向节5的耳朵，带动转向节5旋转。如果顶尖没有夹紧转向节5，可以在机床上料位把转向节5甩下来，避免在淬火的时候甩下来，损坏感应圈。为了避免转向节端面6定位时感应圈划伤转向节端面6，过几秒后旋转停止。本淬火系统只有一个电源提供功率，因此同一时刻只有一个工位在进行淬火处理，只能一个接触器闭合，接触器只有等待另外一个接触器断开才能闭合工作。转向节端面6定位启动后，伺服电机1带动拖板10向上整体移动，当感应圈旁边的触头与转向节端面6接触，伺服电机1就停止运行并向下后退设定行程便于感应加热。转向节端面6定位结束后转向节5再次旋转，接触器吸合启动加热。当淬火达到工艺要求时停止加热，接触器断开，对淬火工件进行冷却，冷却时间到后拖板10向下移动到下料位，再启动旋转定位，方便机械手下料。最后自动打开安全门。
机床整体分为左、右两个工位，上顶尖4和下顶尖8顶紧转向节5，主轴旋转电机3通过皮带，带动下顶尖8旋转从而带动转向节5旋转，以均匀淬火。顶尖与拖板10固定在一起，伺服电机1通过带动丝杠2来实现拖板10上下移动。下顶尖8由主轴旋转电机3带动旋转，主轴旋转电机3与数控系统和变频器连接，由数控系统发出控制指令控制转速；上顶尖4气阀与数控系统连接，数控系统输出控制上顶尖4伸出缩回。
如图1所示，由于转向节5特殊的结构，机械手进行上下料时需要转向节5的双耳分别在下顶尖8和拨杆7两侧，这样才不会磕碰下顶尖8和拨杆7。在上料时由机械手抓取位置和转向节5放置位置保证上料位置，在下料时转向节5的位置和上料时一致。
如图1所示，在拖板10上固定一个接近开关9，当拨杆7转过接近开关9时，接近开关9信号输入到数控系统输入口，当加工程序执行旋转准停后，当拨杆7转到感应开关位置时，旋转启动信号复位，旋转准确停止。
用机械手进行上料时，为了避免遇到转向节5放在下顶尖8，上顶尖4对不齐的情况。转向节5先对齐上顶尖4，保证其可以顶入上锥口，然后机械手下移把转向节5放入下顶尖8，上顶尖4在气缸推动下始终顶紧转向节5。
淬火机床对转向节5淬火时要保证感应线圈和转向节端面6的相对位置合适，因此设计了转向节端面6定位功能；采用转向节端面6定位，每次定位都是相对于转向节端面6，可以提高定位精度，对淬火效果也有利。
如图4所示，U、V、W是3相交流电，N是零线，QF1和QF2是单相空气开关，转向节淬火前先闭合QF1和QF2，转向节端面6定位启动后，数控系统输出接通继电器KA1的线圈，继电器KA1常开触点闭合接通，定位接触器KM线圈得电，定位接触器KM常开触点闭合，这样24V开关电源的正极就与继电器KA2的线圈接通，继电器KA2的线圈另一端接到淬火机床床身上，当伺服电机1带动拖板10向上移动时，转向节端面6会与开关电源负端触头接触，这样24V开关电源回路接通，继电器KA2线圈得电，继电器KA2常开触点闭合，此触点连接数控系统的输入信号，从而数控加工程序的跳转信号激活，伺服电机1就停止运行，从而拖板10停止运行；然后拖板10向下后退设定行程便于感应加热，并且24V开关电源回路断开，继电器KA2线圈失电；定位完成后，继电器KA1常开触点断开，定位接触器KM线圈失电，定位接触器KM常开触点断开。
汽车转向节双工位淬火机床与上下料机械手自动控制系统的PLC控制器、网络交换机及机械手控制系统集成于控制柜中。

Claims (5)

1.汽车转向节双工位淬火机床与上下料机械手自动控制系统，包括汽车转向节淬火机床、上下料机械手，汽车转向节淬火机床由左右两个工位组成，实现双工位交替淬火，每个工位包括伺服电机、主轴旋转电机、上顶尖、下顶尖、拖板、数控系统、冷却水循环系统；
所述的上顶尖、下顶尖顶紧转向节，主轴旋转电机通过皮带，带动下顶尖旋转，从而带动转向节旋转；伺服电机通过带动丝杠来实现拖板上下移动；
所述上下料机械手实现上、下料；
所述上下料机械手、上顶尖气缸、安全门开关检测、上料架都设有检测开关；
所述的检测开关、启动按钮、停止按钮、急停按钮分别接入数控系统；
所述上下料机械手由机械手控制系统控制；
其特征在于：另外设置有PLC控制器、网络交换机，PLC控制器、机械手控制系统、数控系统用总线连接至网络交换机，用网络将两个工位的数控系统、机器人控制系统、PLC控制器连接到网络交换机上，配置其IP地址以连通信号；通过PLC控制器沟通两个工位的数控系统与机械手控制系统的交互信号，实现两者的相互配合，上下料机械手自动上下料以及机床自动淬火运行，满足了生产和工艺方面的要求。
2.根据权利要求1所述汽车转向节双工位淬火机床与上下料机械手自动控制系统，其特征在于：在拖板上固定一个接近开关，下顶尖上固定有拨杆，当拨杆转过接近开关时，接近开关信号输入到数控系统输入口，当加工程序执行旋转准停后，当下顶尖上的拨杆转到接近开关位置时，旋转启动信号复位，实现主轴旋转电机准确停止，使得定位精准，解决了上下料机械手的取料问题。
3.根据权利要求1或2所述汽车转向节双工位淬火机床与上下料机械手自动控制系统，其特征在于：以转向节端面定位检测的方式，保证感应器线圈与转向节之间的位置，提高精确度。
4.根据权利要求1所述汽车转向节双工位淬火机床与上下料机械手自动控制系统，其特征在于：所述的汽车转向节双工位淬火机床安装有三色报警灯，分别对设备故障、正常运行、等待进行提示。
5.根据权利要求3所述汽车转向节双工位淬火机床与上下料机械手自动控制系统，其特征在于：所述的汽车转向节双工位淬火机床安装有三色报警灯，分别对设备故障、正常运行、等待进行提示。
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