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1、沈阳机床集团设计研究院1 / 12轮毂柔性自动加工单元中的联动程序设计轮毂柔性自动加工单元中的联动程序设计Program Designing of Wheel Automatic Flexible Machine Unit 于存谦，魏巍，张吉（沈阳机床股份有限公司，沈阳 110142）Yu Cunqian, Wei Wei, Zhang Ji ( Shenyang Machine Tools Co.,Ltd.) 摘要：摘要：随着汽车市场的蓬勃发展，国内对于汽车关键零部件的生产工艺，质量和生产效率 也有了更高的要求，同时随着经济的发展，现有的用工成本也越来越高，加之国家大力扶 植国内数控生产线的
2、发展，沈阳机床集团设计研究院在大量的调查和研究基础之上，设计 了轮毂柔性自动加工单元。作者为该单元设计了联动程序，参考了工艺和工序的要求，并 充分考虑到多工件时候容易产生的多动作时序需求，以及在程序中依据传感器检测和逻辑 控制要求，达到向单元中其他部分发送命令和监控的要求。整个加工单元经受住了 300 小 时不间断无故障运行的考验，现已经进入可以实际生产销售的阶段。 关键词关键词：网络化制造；数控机床；联动程序AbstractWith the development of automobiles, the require for manufacture technics, quality an
3、d efficiency of key parts of automobiles at home, and at the meanwhile, the cost of workers is running higher with the development of society, and together with the powerful supporting to the development of domestic numerical machine tools from government, the wheel auto-machine unit has been design
4、ed and produced by the Designing and Researching Institute of SYMG after much researching and inquisition. The writer designed the the linkage program that consults the require of manufacture technics and working procedure and multiple-movements for multiple-wheels to be machined, and also consults
5、the require of usage of sensors and logic control, which fulfils the require of sending commands to other sections in unit and the require of supervising others. The whole unit has stand up to the 300 hours non-stop running trial without fault, and now it is at the stage of production for sale. Keyw
6、ord：network manufacturing；CNC machine；linkage program1 1、引言、引言随着汽车市场产品的更新要求加快，汽车制造越来越呈现出注重产品多元化、小批量 生产和以市场需求为导向等发展新趋势。因此，汽车零部件生产线也向着适应多品种、小 批量、低成本的高速化、柔性化和高效设备的生产方式发展。轮毂的制造工艺、装备和检 测一直是发动机生产中的重点，其加工精度和一致性的好坏对汽车整体性能的影响很大。 面对我国广阔的汽车市场，汽车关键零部件升级换代的速度加快，生产厂家必须考虑生产 线不仅要满足当前生产，而且也要考虑将来生产线改造的可能。在未来几年，国内汽车关
7、键零部件生产线的市场非常广阔。 在国家的大力扶持下，国内数控机床行业在近年来有了很大的进步，对生产线的部分 关键技术展开研究，取得了一定的成果，在国内汽车零部件生产线制造市场占有一定的份沈阳机床集团设计研究院2 / 12额。由于我国机床制造商仅能提供一些较低水平的生产线，还不能满足中国汽车行业发展 需要。因此，开展汽车发动机关键零部件生产线技术研究，对于满足我国汽车行业快速发 展和提升机床制造企业的竞争能力都是十分迫切和必要的。2 2、轮毂柔性自动加工单元简介、轮毂柔性自动加工单元简介单元功能：本单元为自动生产线，可同时加工 15 个轮毂，加工过程安全高效。 设备组成：本轮毂加工单元由立式车削
8、中心，立式加工中心，机器人，PLC 单元，上 位机监控系统，厚度测量装置，视觉检测装置，传感器等设备组成。 单元结构：本单元共设 9 个工位（具体分布详见图 1.1）:1.上料台，2.储料区，3.立车 前工位，4.立车加工区，5.立车冲洗区，6.厚度测量站，7.视觉检测区，8.立加加工区，9.不 合格品区。图 1.1 轮毂单元位置示意图本单元可实现 15 个轮毂的自动加工，为了清楚的展示多轮毂的加工过程，我们首先 介绍单个轮毂的加工流程。如下图:图 1.2 轮毂加工流程图多轮毂是的状态较单个轮毂复杂得多，因为涉及到单元中各部分可能同时加工，同时 发出动作请求的情况，即多轮毂多动作，此时如何安排
9、各动作的次序和前后逻辑关系，以 及如何向立车、立加和机器人发出信号，并保证整个单元能够有序无误的运行下去，就是 一个难点。沈阳机床集团设计研究院3 / 12我们遵循着工件先出后进的原则，同时使用大量的存储器和计时器，保证机器人在执 行某个搬运动作的同时也可以接受单元中其他部分传来的动作请求，并保证单元多工件时 的高效运行。例如，当“8-1 运送”和“5-6 运送”请求同时到来时，机器人将首先执行 “8-1 运送” ，完成后再执行动作“5-6 运送” 。3 3、加工单元中联动程序的设计、加工单元中联动程序的设计3.13.1、设计思路、设计思路首先与机械设计人员沟通制定工件加工工序，与单元其他部分
10、电气设计人员沟通论证 时序和工序的逻辑合理性，这是编写程序的基础。其次确定负责通信的变量名称和物理地 址，名称统一使用汉语拼音或英文命名，并与上位机设计人员、机床电气设计人员和机器 人程序设计人员沟通一致，确保双方变量名称一致。 整个程序设计一个主程序，作为整个程序的入口，并设计有开关和初始化部分如 测量站部分的置量程和零点过程。对于逻辑部分和私服控制部分分别设计两个主程序，在 PLC 中循环扫面执行，并设置逻辑部分扫描时间大于私服控制程序扫描时间且为整数倍。 将涉及 9 个工位的 9 个搬运动作和测量动作等，分别作为 13 个子程序单独设计，独立运行， 而后由主程序进行调用，因为涉及到“多轮
11、毂多动作”的要求，程序设计的难点就在于充 分考虑其中的逻辑矛盾和关系。对于 IO 变量，因为需要和两台机床及机器人进行通信， 所以需要将其设计成全局变量 ix%、ox%（这是施奈德 PLC 所要求的） ，然后将这些全局分 别转换成内部变量 mx%以便在程序中进行逻辑运算。 针对一些危险动作和可能发生错误的动作，我们均设计了急停，并将急停命令同时传 送给机床和机器人，并做标记，以便监测人员进行后续的修改和调试。 针对一些传感器容易受到外界条件影响而导致误操作的（如光电传感器受高强光线影 响而传递假信号） ，我们在程序中为每一个传感器分别设置了信号门限，对于达到一定时间 长度的传感器信号才予以考虑
12、。最后 ，在充分仿真模拟的基础上，进行实物调试。3.23.2、硬件选用与组态、硬件选用与组态3.2.13.2.1、硬件构成、硬件构成本 PLC 单元设备及伺服控制器均选用施奈德电气产品。选型如下表：设备名称型号数量相关电流PLCTM238LFDC24DT 1输入8-10.4mA/输出20-500mA 数字量输入模块TM2DDI16DT 2每通道7mA 数字量输出模块TM2DRA16RT 2每个输出最大2A，每组通道最大8A 模拟量输入模块TM2AMI2HT 1输入4-20mA 以太网通信模块449TWDO1100 1最大功耗180mA 伺服控制器LXM32AD30N4 1连续输出电流有效值10
13、A表 3.1 硬件选型表使用 SoMachine 软件中的检索和拖动功能，选取所需模块，托至指定区域，软件将自沈阳机床集团设计研究院4 / 12动连线并配置相应接口。双击单个模块可对其具体参数进行配置。如图 3.1 所示，为各模 块连接情况。图 3.1 SoMachine 软件中硬件的组态图3.2.23.2.2、主要组态、主要组态（1）变量的地址分配 先将所需变量填写在全局变量表中（局部变量不能被 IO 绑定） ，然后在模块中绑定。 如图 3.2 为数字量输入模块 TM2DDI16DT 的变量绑定实例。变量一列为已经在全局变量表 GVL_IO 中设定好的变量名称，地址一列为实际物理地址，类型列
14、说明变量类型，带有贯 穿横线的说明已经被绑定。图 3.2 I/O 地址与全局变量的绑定（2）任务配置 两个任务逻辑任务 MAST，伺服任务 SERVO，扫描类型均设置为循环，循环间隔 分别设置为 40ms 和 20ms。这样设置的目的有两个，一是 SERVO 扫描的时间较短，保证 可以接收到 MAST 传来的任何指令，二是 40ms 和 20ms 都可以整除心跳时间 200ms，保证 CANopen 总线的通信连接，理由参见（3）b 中解释。 （3）伺服控制器组态 a、使用 SoMove 软件为伺服控制器配置组态，在本方案中我们主要设置了伺服波特率 为 500k（波特率为数据传输的速率，距离越
15、远波特率需要设置的越低衰减原因，反之沈阳机床集团设计研究院5 / 12越高） ，节点 ID 为 3； b、同时在 SoMachine 软件中配置 CANopen 总线组态，且保证波特率和节点 ID 与 SoMove 中设置一致；心跳时间设置为 200ms，心跳时间的作用为每隔一段时间，伺服控制 器与 PLC 进行一次“握手” ，确保两端为连接状态，心跳时间需设置成所有任务扫描时间 的整数倍，如此例中设置为 20ms 和 40ms 的公倍数。 （4）以太网模块组态 为 PLC 与上位机通信服务，采用 MODBUS 总线，以太网协议，介质为 RS485。需在 模块中设置寻址为从站，给定地址，同时配
16、置 IP 地址、子网掩码和缺省网关，详见图 3.3。图 3.3 通信组态3.33.3、程序设计与调试、程序设计与调试采用结构化文本 STL 语言编写，程序主要分为三部分：1.程序主入口 Start 块；2.子程 序执行部分，各单步块，测量块，数据传输块；3.伺服控制部分 Servo 块；4、此外还有全 局变量模块和专为伺服控制器设计的结构体模块。3.3.13.3.1、逻辑部分主程序、逻辑部分主程序程序主入口程序主入口 StartStart 块块功能如下： （1） 、测量站零点和量程的初始化； （2） 、伺服使能赋值； （3） 、工作模式选择自动或者手动。 （4） 、工作正常信号检测：必须在立车、立加和机器人同时存在工作正常信号的情况 下，才能启用单步运行程序，调用程序块 Unit_run。 程序段 initial CeLiangZhan 负责初始化测量站，包括置零点和测量程两部分；程序段 for CeLiangZhuangZhi ShenSuo 的目的是为了保证测量装置在未收到伸出命令时保持缩回状 态，以防止意外伸出造成损害和
