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六軸數控系統和交流伺服在工業(yè)機械手臂中應用
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時(shí)間：2014-02-13
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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針對目前工業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化程度不斷提高的現狀，本文主要介紹了中達電通六軸數控系統和臺達交流伺服在工業(yè)機械手臂上的技術(shù)應用，突出了中達電通數控系統自有的豐富功能，并配合臺達伺服系統優(yōu)異性能，能夠為客戶(hù)提供有價(jià)值的整合方案。
圖一 先進(jìn)的FMS柔性無(wú)人加工車(chē)間
隨著(zhù)工業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化程度的提高，并日趨向柔性化發(fā)展。工業(yè)機械手臂被越來(lái)越多的應用在涂漆、包裝、焊接、裝配等生產(chǎn)環(huán)節，來(lái)代替人工完成惡劣環(huán)境下的勞動(dòng)。本案介紹了利用中達電通六軸數控系統的六軸聯(lián)動(dòng)和教導模式下自動(dòng)生成NC程序等系統功能，配合臺達ASDA系列交流伺服強健控制和內置的位置指令寄存器功能，來(lái)實(shí)現對六軸機械手臂的控制系統和自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的技術(shù)改造。
一、技術(shù)要求和難點(diǎn)分析
客戶(hù)采購該六軸機械手臂，用于變壓器生產(chǎn)流水線(xiàn)的點(diǎn)膠、浸漆和烘干工序。原型機為日本制造，因控制系統損壞無(wú)法修復，故提出改造要求，并且需要控制系統和伺服滿(mǎn)足如下條件：
1.伺服運動(dòng)軸
在機械上，六軸機械手臂結構上設計為6自由度空間坐標系。其中X、A、B、C軸采用伺服電機驅動(dòng)1:10的齒輪箱間接傳動(dòng)，做近似360度圓周運動(dòng)，Y和Z軸采用伺服電機驅動(dòng)螺距10mm的滾珠絲杠，再連接力臂做近似120度圓周運動(dòng)。這六個(gè)伺服軸要求能夠聯(lián)動(dòng)。
客戶(hù)要求在原有六軸機械手臂的基礎上，再增加一個(gè)伺服軸D通過(guò)絲杠用來(lái)拖動(dòng)機械手臂前后運動(dòng)，使其能自由移動(dòng)到生產(chǎn)線(xiàn)的任何地方，但不要求聯(lián)動(dòng)控制。
客戶(hù)還要求控制系統能夠控制七個(gè)軸，并且至少六軸聯(lián)動(dòng)，伺服軸運動(dòng)速度可調。
此外，對于伺服控制系統，因為機械手臂在機械設計上采用6自由度空間坐標系，而區別于普通的直角坐標機械手臂機械。因而在運動(dòng)過(guò)程中，機械負載的慣量會(huì )因為機械力臂的不同而發(fā)生較大范圍的變化，這就要求伺服系統具有優(yōu)異穩定性、響應性和對負載變化自適應能力。
2.精度要求
機械回零精度：+/-1度。
重復定位精度：+/-1度。
定位精度：2mm。
要求控制系統和伺服系統能夠具有檢測反饋，來(lái)保證機械運動(dòng)精度。
3.NC加工程序處理
因為采用6自由度空間坐標系，無(wú)法采用手動(dòng)編程和軟件編程。因而需要控制系統具有示教功能或者學(xué)習功能，能夠根據采集的數據自動(dòng)生成NC加工程序，并能對自動(dòng)生成的NC程序進(jìn)行編輯和存儲。
4.輔助功能
在輔助功能上，要求控制系統能夠通過(guò)NC指令來(lái)控制多個(gè)氣動(dòng)電磁閥動(dòng)作來(lái)實(shí)現機械機能，并能根據需要添加檢測開(kāi)關(guān)。
5.安全保護
在安全保護方面，除要求控制器可靠的穩定性外，還要求控制系統具有必要的安全保護功能。
二、方案設計的可行性分析
通過(guò)對機械設計和控制技術(shù)要求分析，確定采用一臺中達電通六軸數控系統做上位控制器＋7套臺達交流伺服做下位控制器的6AXIS＋1 AXIS的控制架構，具體分析如下：
1.中達電通六軸數控系統的主要特點(diǎn)：
（1）6個(gè)獨立伺服軸接口，能夠控制1～6軸聯(lián)動(dòng)，能夠滿(mǎn)足伺服軸運動(dòng)控制要求。
（2）電壓命令型 （V-Command） 伺服接口，最小解析精度0.001mm，可配合光柵尺或旋轉編碼器實(shí)現閉環(huán)、半閉環(huán)控制，能夠滿(mǎn)足精度要求。
（3）最大響應速度500KPPS編碼器反饋，能夠滿(mǎn)足快速定位的需求。
（4）具有教導模式，能夠記錄下當前的機械坐標點(diǎn)，并能根據采集的數據自動(dòng)生成NC加工程序，操作者可以方便的對生成的程序進(jìn)行編輯和閱讀。
（5）控制器內存有240K存儲空間，可儲存1000個(gè)NC加工程序，配合標準的CNC鍵盤(pán)可輕松對加工程序進(jìn)行編輯。
（6）通過(guò)六軸數控簡(jiǎn)易I/0控制指令和內置PLC開(kāi)發(fā)，能夠靈活的通過(guò)NC程序實(shí)現輔助機能。
（7）內置可編程PLC，標準配置為24INPUT/ 16OUTPUT，最大可擴展到96INPUT/64OUTPUT，完全能夠滿(mǎn)足電氣互鎖、行程保護、緊急停止等安全電路的設計要求。
（8）配合外配的電子手搖輪可實(shí)現“加工程序手搖輪測試”功能，防止機械撞機。
通過(guò)比較分析，中達電通六軸數控系統完全能夠滿(mǎn)足作為機械手臂上位控制器要求。
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