齒輪打磨裝置控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

王曉晶 尚振東

工業(yè)生產(chǎn)中見(jiàn)到的齒輪，表面之所以平整，無(wú)毛刺，由于在使用之前，專門進(jìn)行了修整。通過(guò)使用六軸機(jī)器人修整齒輪端面倒角，齒頂/齒根加工不完全位置，提高齒輪品質(zhì)。因齒輪生產(chǎn)大部分為小批量生產(chǎn)，不同齒輪的齒槽寬/齒根圓會(huì)有差異，人工修整隨意性大，同一齒輪上的齒經(jīng)過(guò)人工修整后會(huì)有偏差，影響后續(xù)使用壽命和品質(zhì)。

為提高自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化，使用機(jī)器人和感應(yīng)器結(jié)合，人工輸入齒輪直徑，齒數(shù)齒厚等參數(shù)，根據(jù)齒輪漸開(kāi)線走向計(jì)算輪齒壓力角，對(duì)稱修整齒廓非工作段。內(nèi)置打磨程序計(jì)算角度及位移偏量數(shù)據(jù)給機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動(dòng)規(guī)劃路徑打磨修整齒輪。齒輪數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)輸入工控機(jī)提供齒輪工藝資料。設(shè)計(jì)中考慮不同齒輪加工品質(zhì)不一，可以自由選擇是否修整齒根和齒輪端面倒角。

1 機(jī)器人打磨齒輪優(yōu)點(diǎn)

機(jī)器人打磨齒輪是以傳統(tǒng)的人工打磨為基礎(chǔ)，并結(jié)合伺服控制系統(tǒng)以及工業(yè)機(jī)器人技術(shù)逐步發(fā)展起來(lái)的，解決了打磨工人供需緊張、勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題。相比傳統(tǒng)的人工打磨方式，采用機(jī)器人打磨方式優(yōu)勢(shì)明顯：（1）機(jī)器人關(guān)節(jié)多，運(yùn)動(dòng)靈活，能夠完成不同型號(hào)齒輪的打磨工作；（2）機(jī)器人自動(dòng)運(yùn)行，無(wú)需人員管理，直接提高了系統(tǒng)自動(dòng)化程度、生產(chǎn)效率以及企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；（3）機(jī)器人重復(fù)運(yùn)動(dòng)精度高，同批次產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；（4）機(jī)器人打磨時(shí)，工作人員無(wú)需長(zhǎng)期處于已被打磨噪音污染的環(huán)境中，避免了對(duì)工人身體造成的傷害；（5）機(jī)器人替人，解放了勞動(dòng)力，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，為企業(yè)解決約生產(chǎn)成本。

2 機(jī)器人打磨齒輪工作站的組成

打磨機(jī)器人工作站構(gòu)成如圖1所示，主要由RB工業(yè)機(jī)器人、變位機(jī)、打磨主控制箱、RB20機(jī)器人控制箱、機(jī)器人夾具、待打磨齒輪以及防護(hù)欄等組成。其中機(jī)器人主要用于完成打磨路線軌跡的行走；機(jī)器人控制柜主要用于控制六軸機(jī)器人以及外部軸的協(xié)調(diào)動(dòng)作，以完成齒輪的打磨工作；機(jī)器人夾具主要是用于裝夾打磨刀具，以保證打磨時(shí)，處于正常狀態(tài)；主控制箱上的觸摸屏，用于命令輸入、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、記錄歷史數(shù)據(jù)表格等。

3 系統(tǒng)控制原理

由機(jī)器人自動(dòng)打磨齒輪工作站組成簡(jiǎn)圖1知，借助于示教器完成程序編寫(xiě)后，控制器IPC將按照預(yù)先設(shè)置好的程序，通過(guò)伺服控制系統(tǒng)，分別完成對(duì)機(jī)器人本體以及外部軸的控制，完成齒輪的打磨。其中，為了保證整個(gè)系統(tǒng)的控制精度以及運(yùn)動(dòng)精度，伺服電機(jī)在執(zhí)行完相關(guān)指令后，通過(guò)自身攜帶的編碼器反饋實(shí)際運(yùn)行情況，形成閉環(huán)控制。其控制模型原理圖2如下：

4 功能要求

基于以上分析，為保證整個(gè)齒輪打磨控制系統(tǒng)的的完好運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)打磨最優(yōu)化，控制系統(tǒng)必須要具備自動(dòng)運(yùn)行、急停、啟停、外部軸運(yùn)行指示、外部軸故障報(bào)警、七軸協(xié)調(diào)性好及其他功能。具體情況如下：

（1）啟停。用于完成系統(tǒng)的啟動(dòng)及停止，一個(gè)完整系統(tǒng)不可或缺的組成部分。

（2）急停。主要用于機(jī)械臂以及變位機(jī)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，出現(xiàn)意外事故或者故障時(shí)，及時(shí)完成停機(jī)。

（3）自動(dòng)運(yùn)行。啟動(dòng)后，自動(dòng)完成對(duì)齒輪的打磨，提高系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。

（4）故障報(bào)警。變位機(jī)在回轉(zhuǎn)過(guò)程中出現(xiàn)故障，或者機(jī)器人在打磨過(guò)程中出現(xiàn)撞機(jī)的事件，能及時(shí)發(fā)出報(bào)警，提醒相關(guān)維護(hù)人員進(jìn)行處理。

（5）運(yùn)行指示。用于反應(yīng)第七軸（外部軸）的運(yùn)行狀態(tài)。

（6）成套性良好。為了節(jié)約時(shí)間，加強(qiáng)整個(gè)打磨裝置的成套性，兩個(gè)外部軸不僅采用伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，同時(shí)要求與機(jī)器本體共用一個(gè)控制器IPC。

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