智能制造时代机械设计技术

2022-03-21版权声明我要投稿

  摘要:本文对数控机床技术进行分析,并在此基础上设计机器人群控智能制造系统,在实际案例中探究该系统的应用方式,最后提出智能制造技术的应用要点。该系统可通过检测台自动测量,将带有误差的工件传递到数控系统,由系统完成自动补偿,并利用机器人将工件抓取到指定位置,实现智能运输。在实际应用中,还应通过智能分类资源、强化创新思维、引入网络技术等方式,提高机械设计技术水平,以满足智能制造技术要求。

  关键词:智能制造;机械设计;技术应用;

  在科技不断发展下,我国制造业正逐渐从人工朝着智能机械方向转变。一些工作环境恶劣、技术含量低的岗位逐渐用机器人来完成。与国外相比,我国机械设计技术起步较晚,更应牢牢把握智能制造时代机遇,对机械设计技术进行创新,本文研制的机器人群控智能制造系统,通过强化创新思维,引入网络技术,对各项资源智能分类等方式,可有效推动国内机械制造业的可持续发展。

1 数控机床技术

  数控机床是集机械、液压、气压与传感器等技术为一体的自动化设备,在现代工业生产中得到普遍应用。在智能制造时代下,数控系统(CNC)逐渐成为核心控制器,可通过发送数字指令的方式对伺服系统与其他元件进行控制,操控机床生产出所需工件,为机械设备与技术的智能化转型提供极大帮助,其主要功能模块(图1)及技术特点如下:

  (1)CNC作为数控机床控制核心,在出厂之前安装CNC后,用户不可随意调整CNC的位置与速度,但可利用C语言对其进行二次开发;(2)CNC存储器主要包括两种,一种为随机型SRAM,另一种为只读F-ROM,前者包括PMC与CNC参数,后者包括PMC控制软件与程序等。在通电状态下,BOOT系统可将控制软件运输到D-RAM内,依照程序对其实施CNC处理。在断电状态下,D-RAM内的数据便会全部消失;(3)轴卡对数字伺服CPU具有控制作用,可对机床位置、速度与电流等进行调节。将伺服CPU运算结果经过串行通信传送给伺服放大器,由放大器对信号放大处理,进而实现电动机通电并转动[1]。

2 机器人群控智能制造系统设计与应用

  2.1 整体设计

  机器人群控智能制造系统以车间机械工件加工为对象,设计机床上/下料、主/从站、数控加工、信息化管理等多个单元,通过系统内各单元协调运行,经过自动加工、检测、运输与补偿后,最终自动入库,实现对工件的智能制造。该系统内主站单位为整个系统核心控制器,可对各个单元进行实时管控,并与从站循环交换信息;从站单元包括自动清洗、仓储、自动检测与产品输送等单元。该系统适用于小型车铣零件加工,完成自动化装夹、自动排产、线内清洗、自动补偿等功能,有效提升产品质量与加工效率,减少生产人员投入,提高生产效益[2]。

  2.2 系统功能

  该系统功能主要通过不同单元状态、人机交互、自主反馈等方式完成,可实现物理与信息系统协同,人与设备之间交互。在该系统运行中,利用机床上/下料单元将待加工工件运输到数控加工单元,再根据总控单元指令完成工件加工,然后由上/下料单元将加工完毕的工件运送到检测单元,在检测台上自动测量后,测量信息将上传给总控单元,总控自动剔除不合格工件,由数控系统对工件误差进行补偿,再将不合格工件运送到机床中加工,由机器人单元完成加工、检测、自动补偿等操作,最终实现对工件的智能制造。该系统中机器人卡爪带有传感器,一旦抓取工件失败会自动纠正,再次抓取,从而实现智能运输。该系统主要功能如下:(1)仓储单元,对原材料、残次品与成品等进行自动出入库管理;(2)数控加工,主要负责产品加工;(3)自动检测,依靠自动检测技术,保障产品质量与工业全闭环相符;(4)自动清洗烘干,对工件自动清洗、烘干;(5)信息管理单元,采用信息手段对机床上下料、数控单元运行过程动态监控,并对机器人运行中的关键信息进行处理,实时监测机器人运行全过程,保障设备持续运行,降低停机频率,使加工程序管理更加高效,同时也方便对设备进行科学维护。

  2.3 应用方法

  在系统运行期间,当机器人抓取到相应工件并运输到指定地点后,可将信号发送给数控机床,要求其开启防护门。本文对机器人与机床间的信号传递进行重点分析。

  2.3.1 机器人发送信号,机床接收

  在该状态下,机器人程序语句为:Signal:通知机床开启防护门;然后查看机器人的接口地址,因机器人与主站间依靠I/O通信,可参考主站地址,对机器人传输信息与接口地址进行设计。根据图纸可获取机器人输出signal硬件接口为OUT1,与之相对应的主站信号为I0.4;在确定输入信号后,可在S7-300PLC中设计逻辑程序,根据S7-300与S7-200间的通信协议,得出S7-300信号与S7-200信号的V0.4相对应。在对机床PMC程序设计时,可先对S7-200信号接口地址Q0.1进行分析,与之对应的输入信号为X0.1,在PMC中程序设计如图2所示。当信号Y6.4为1时,将继电器与接触器相结合,可触发防护门,使电磁阀与防护门开启。待机床加工工件结束后,防护门便会自动开启,此时液压卡盘也会松开,机器人在接收信号后便会来抓取工件[3]。

  2.3.2 机床发送信号,机器人接收

  当机床防护门与液压卡盘到位后,便会发出信号Y6.0。机床从站通过I/O通信方式对硬件接口地址进行查看,并与主站地址相对比,由此设计S7-200输出与输入信号地址。根据图纸可知,机床加工完成信号M24对S7-200PLC进行触发,输入信号为I1.3;在确定输入信号后,可在PLC中设计逻辑程序,根据通信协议,由S7-200输出信号与S7-300输入信号相对应,可将输出信号发送给机器人。根据图纸,将S7-300的输出信号分别表示为Q0.3、Q0.4与Q0.5,分别对输入的IN1、IN2与IN3机器人信号相对应,利用AS语言可将其转变为1001、1002与1003,由此可对机器人程序进行设计,即wait:1001、1002、1003三个信号。待满足等待条件后,机器人便会移动到指定位置,按照事先设定的指令抓取工件,并将其移动到指定地点,顺利完成抓取任务。

  2.3.3 数控PMC程序应用

  PMC程序依靠梯形图的方式表示,将程序在内部转化为某格式,CPU对其进行译码,并将结果传入ROM中保存。利用CPU可快速读取存储器内的各条指令,通过计算执行相应程序。在数控机床应用中,刀具选择、辅助动作与开关均要通过PMC来完成,控制信号流程如图3所示。

  在加工程序指令应用中,M代码利用4字节二进制数输出,以M03为例对代码流程进行分析。在代码输出后,可对指令MF信号进行读取,这就意味着输出M信号已经确定。在利用PMC进行代码编译时,利用DECB指令,可一次性对8个代码进行编译。一旦主轴正转指令被实施后,正转信号便会变成1。在M功能完毕后,代码会变成0,此时MD0.3信号与会变为0。要想在同一个程序段完成移动、暂停等指令时,还应等待分配信号。该信号可向PMC发送主轴、辅助与道具等功能,并对PMC侧的完成信号状态进行控制。

3 智能制造时代下机械设计技术的应用要点

  在国内机械制造的实际发展中,因智能化水平较低,导致信息集成度降低、共享性减弱,不利于智能技术在机械制造中的充分应用。针对上述问题,可通过智能分类资源、强化创新思维、引入网络技术等方式,使机械制造更加智能,满足现代工业发展需求。

  3.1 智能分类资源

  在机械制造期间,应将产品与工艺有机结合起来,使资源得到合理分配,使智能制造效率与质量得到有效保障。对此,可设计合理方式对整体机械制造过程进行模拟,及时发现机械制造中存在的问题。通过创建资源共享中心,对机械制造情况实时监督,将生产制造数据存储到系统内。在制造过程中,通过读取产品要求的方式调整工艺,使其与生产标准相符合。当检测器发出预警信号后,需要工作人员及时设置系统信息,确保其应用效果。

  3.2 强化创新思维

  在智能制造背景下,应将创新思维引入制造设计中,不但使制造技术得以优化,还要结合生产情况进行创新,更有利于智能制造的长远发展。对此,应加强技术交流,学习发达国家的智能技术,并对其补充和完善,挖掘信息背后的价值,将其作为参考依据,为未来智能制造设计技术更新换代提供助力,弥补国内智能制造方面的技术缺口。

  3.3 引入网络技术

  网络技术可为数据传输提供有利通道,使传输内容更加准确全面,推动智能机械技术更新优化甚至换代;网络技术的应用还打破传统的加工方式方法,通过变量调整控制整个机械运行流程,从而实现对制造过程的远程监控;网络技术的应用还可将系统指令迅速传递到生产中,使制造效率与质量显著提升;由于机械制造工艺的复杂性,网络技术可有效支持对大量所需需材料的信息对比,择优选择,显著提升机械制造水平。

4 结论

  综上所述,在现代制造业发展中,以数控系统为核心,设计并应用机器人群控智能制造系统,实现智能运输是实现产品智能制造的有益探索。在实际应用中,还应通过智能分类资源、强化创新思维、引入网络技术等方式,不断提高智能机械制造水平,实现由人工到机器的过渡,提高运行效率,推动国内制造业的健康长久发展。

参考文献

  [1]冯振华,胡延鹤.探究智能制造时代机械设计技术的几点研究[J].内燃机与配件,2019(11):218-219.

  [2]黄少华.智能制造时代背景下机械设计技术问题及措施研究[J].世界有色金属,2020(01):200,203.

  [3] 吕光.关于智能制造时代机械设计技术的几点探讨[J].经营者,2019,033(009):138.

作者:郭超 单位:山西焦煤集团有限责任公司

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