隨著勞動力成本的不斷上漲以及自動化技術(shù)的高度發(fā)展，眾多制造企業(yè)將目光投向了無人車間。目前，工業(yè)機器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，如汽車及其零部件制造、機械加工、電子、橡塑、食品工業(yè)、木材與家具制造等行業(yè)，這使得“車間無人”不再是空想。但是，無人車間的成功運行還有賴于控制系統(tǒng)，就像人的大腦一樣，控制系統(tǒng)決定著無人車間的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
對于制造業(yè)而言，無人車間的靈魂就是數(shù)控系統(tǒng)。對此，臺達為客戶提供了高可靠度的NC300數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用DMCNET總線控制，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高速通訊傳輸能力，為無人車間的實現(xiàn)提供了整體解決方案。
1 項目背景
目前，國內(nèi)很多制造企業(yè)存在設(shè)備自動化程度低以及部分設(shè)備逐漸老化的問題，這直接導致了企業(yè)生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品廢品率高，與此同時，人工在PPI（生產(chǎn)者物價指數(shù)）方面所占的比例越來越大，使得工廠利潤不斷被壓縮。面對這些挑戰(zhàn)，轉(zhuǎn)型升級是制造企業(yè)的唯一出路，而創(chuàng)新才是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重中之重。未來，企業(yè)還需進一步調(diào)整生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，減少人工參與，優(yōu)化廠區(qū)管理，提高生產(chǎn)效率。所以，自動化生產(chǎn)線是未來機械制造企業(yè)的必然選擇。
青島某機械制造有限公司主要研制、開發(fā)、生產(chǎn)各種型號的摩托車曲軸、壓縮機曲軸、園林機械曲軸等各種軸類部件，年生產(chǎn)能力達300萬套（件），產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)規(guī)模位居行業(yè)前列。該公司為早期國企改制單位，隨著訂單的增多，陳舊的設(shè)備已不能滿足生產(chǎn)需求。但是，在生產(chǎn)線成本的嚴格控制下，高價的進口設(shè)備被拒之門外。經(jīng)多方考慮，該公司決定在自動化生產(chǎn)線上的加工中心、鉆攻機、數(shù)控銑設(shè)備中引入臺達高性價比產(chǎn)品——NC300數(shù)控系統(tǒng)。
2 臺達系統(tǒng)特點
臺達全新的泛用型CNC控制器，、采用了高性價比的嵌入式硬件設(shè)計，實現(xiàn)了低耗能、減少溫升、增加系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的；另外，搭配臺達專用伺服和主軸，及新一代通訊網(wǎng)絡(luò)DMCNET（Delta Motion Control Network）進行高速數(shù)據(jù)傳輸及控制；整合高速/高運算精度晶片，擁有架構(gòu)即時分工的多控制核心，包括人機操作界面核心、運動控制核心、程序控制核心三大核心，由各自的高速運算器進行處理，可以提升控制器的處理效能，滿足高速、高精的機械切削加工要求。
圖1系統(tǒng)架構(gòu)
此外，該系統(tǒng)抗噪聲能力佳，省配線，節(jié)約裝機時間；可以實現(xiàn)高速、高分辨率的伺服控制；還可以發(fā)送及回授高精度命令，避免傳統(tǒng)高速脈波命令遺失問題；伺服參數(shù)管理簡便，方便調(diào)機；彈性大、可靠度高；可以實現(xiàn)實時多軸同步控制。系統(tǒng)搭配臺達ECMC高精度伺服馬達、20-bit等級（1280000P/rev）編碼器，提升了定位精度與低速運轉(zhuǎn)穩(wěn)定度。
圖2 產(chǎn)品組合示意圖
3 生產(chǎn)流程
工人將毛坯送到車間門口，通過碼垛機將毛坯搬運到送料車上，送料車根據(jù)總機呼叫進入到放料區(qū)域，再通過碼垛機把料盤送到旋轉(zhuǎn)傳送帶上。
第一臺機器人從傳送帶取出毛坯將其放置到第一臺數(shù)控設(shè)備內(nèi)進行加工，完畢后機器人將材料取出，同時放入未加工產(chǎn)品，把第一道工序加工完的產(chǎn)品放入自動測量儀上進行測量，合格產(chǎn)品放入下一工序，不合格產(chǎn)品被放入不合格區(qū)，同時，測量儀將測量結(jié)果告知數(shù)控機床，進行磨耗誤差補償。后續(xù)加工按此流程進行一一傳送。
當總機通知進行產(chǎn)品清空時，機器人把設(shè)備加工完的產(chǎn)品全部取出到料道中，并告知機床加工終止，機器人進入休眠狀態(tài)。
整個生產(chǎn)流程分為兩個單元完成，第一單元完成初加工，第二單元完成深加工，便于設(shè)備維護以及新產(chǎn)品調(diào)試。
圖3 系統(tǒng)配置
4 項目實施
該項目中，臺達NC300數(shù)控系統(tǒng)分別布置在以下機床中：
鉆攻機床1號機的加工任務(wù)是鉆孔，兩邊工作臺加工不同產(chǎn)品。加工中心2號機的加工任務(wù)是分度鉆孔；銑床3號機的加工任務(wù)銑鍵槽，左工序；銑床4號機的加工任務(wù)是銑鍵槽，右工序；加工中心5號機的加工任務(wù)是鉆軸向孔；加工中心6號機的加工任務(wù)是鉆盤面孔；加工中心7號機的加工任務(wù)是鉆盤面孔。每一臺機床都配置了臺達NC300A-MS-A分體數(shù)控系統(tǒng)和8寸彩色液晶顯示屏，并搭配遠程IO單元和ASD-A2系列伺服及ASD-S系列主伺服。
項目的實施過程中，臺達的數(shù)控系統(tǒng)起到了極為重要的作用。首先，根據(jù)生產(chǎn)線的邏輯流程規(guī)劃，臺達NC300數(shù)控系統(tǒng)通過PLC邏輯編程，實現(xiàn)了機器人與總機之間的信號交換，可實時反饋系統(tǒng)的加工狀態(tài)和產(chǎn)品的加工數(shù)據(jù)，便于總機統(tǒng)一管理。其次，臺達通過強大的A2伺服直接輸出模擬電壓，并將數(shù)據(jù)傳送到總機，工程師可以根據(jù)需要了解機床的運行數(shù)據(jù)，如數(shù)控系統(tǒng)主軸轉(zhuǎn)速和進給速度等。
刀具的工作狀態(tài)直接影響加工精度及產(chǎn)品質(zhì)量。所以，加工時，刀具的管理至關(guān)重要。臺達NC300數(shù)控系統(tǒng)通過二次開發(fā)界面，為客戶定制了刀具壽命管理及斷刀保護功能，使客戶及時地了解刀具的使用狀態(tài)。
臺達的數(shù)控系統(tǒng)進一步優(yōu)化了PLC設(shè)計，設(shè)置了一系列安全保護功能，確保生產(chǎn)線可以安全可靠生產(chǎn)。而對于加工程序處理，臺達通過ETHERNET網(wǎng)絡(luò)由總機統(tǒng)一管理。
此外，臺達數(shù)控系統(tǒng)通過自帶的伺服自動調(diào)整功能，以及有效的增益調(diào)整工具，對機床性能及加工產(chǎn)品的光潔度進行控制，使其達到最佳控制特性，同時，求取控制回路中慣量數(shù)值、帶寬和增益值，將相關(guān)的增益參數(shù)自動算出并且傳入伺服放大器中，使伺服系統(tǒng)發(fā)揮最大效能，并通過共振抑制功能，對機臺產(chǎn)品的共振點進行自動捕捉濾波處理，使機臺運行更加平穩(wěn)。
數(shù)控系統(tǒng)的實時監(jiān)控功能和方便維護的特性在生產(chǎn)線的運行中也是非常重要的?？焖俚木S護可減少生產(chǎn)線停機時間，減少停機帶來的損失；通過系統(tǒng)監(jiān)視功能，工程師可隨時查看伺服運行狀況及負載情況；系統(tǒng)的診斷功能可對外部控制動作進行診斷判別，方便工程師快速查找故障問題。
圖4 電柜箱I/O布局
5 結(jié)束語
在該項目中，工業(yè)機器人替代了高強度的人工操作，而高性能的控制系統(tǒng)使無人車間成為了現(xiàn)實，這樣不僅簡化了生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，企業(yè)還通過自動化的管理流程，將生產(chǎn)效率大幅提高。臺達以高性價比的CNC產(chǎn)品贏得該生產(chǎn)線所用的多套數(shù)控系統(tǒng)訂單，產(chǎn)品運行的穩(wěn)定性得到了客戶的認可，同時，臺達CNC總線式控制、系統(tǒng)的高速響應(yīng)等特點在自動化生產(chǎn)線上得到了驗證。
