李立國 葛晨成

摘 要：隨著工業(yè)自動化水平的發(fā)展，各種制造加工業(yè)的發(fā)展趨勢都趨向于一體化制造加工方向。傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式工藝流程繁瑣，設(shè)備系統(tǒng)分散，整體維修維護難度大，生產(chǎn)過程中故障率較高，生產(chǎn)效率較低。為克服傳統(tǒng)生產(chǎn)模式中的缺陷和不足，在現(xiàn)場總線系統(tǒng)FCS或集散控制系統(tǒng)DCS模型下，引入以PROFIBUS-DP通訊模式的TVT-4000E3柔性制造單元可以很好的解決上述問題，提高生產(chǎn)效率，增加產(chǎn)能收益。

關(guān)鍵詞：TVT-4000E3柔性制造單元;PROFIBUS-DP通訊

一、研究模型

論文以后橋傘齒輪加工為項目模型，將鍛造、退火后的毛坯物料進行車削、齒輪加工、表面硬化處理等工序在TVT-4000E3柔性制造單元中進行模擬運行，最終實現(xiàn)將鍛造、退火完成后的毛坯工件放入到生產(chǎn)線的始端（輸入端），在生產(chǎn)線的末端（輸出端）得到達到指定要求的傘齒輪。研究分析整體加工過程中一體化生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)及功能，為以后在實際生產(chǎn)的綜合運用進行前期的準備工作。

二、生產(chǎn)線的構(gòu)造及功能介紹

（一）整體結(jié)構(gòu)與功介紹

根據(jù)生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品要求，一體化加工系統(tǒng)主要為滿足退火毛坯物料到后橋傘齒輪成品的加工。生產(chǎn)線中配有輸送站、機械手臂站、加工站、綜合處理站等子單元。根據(jù)加工順序排列，依次為輸送站、機械手臂、加工站、綜合處理站等四個子站。核心控制器選用為西門子s7—200PLC或西門子s7—300PLC均可，各個PLC之間的數(shù)據(jù)傳輸為PROFIBUS總線通訊技術(shù)，可編輯程序控制器配有PROFIBUS模塊（EM277模塊），用于控制單元之間的數(shù)據(jù)通訊。

TVT-4000E3柔性制造單元采用PROFIBUS總線技術(shù)的DP模式傳輸速率為9.6kbit/s。其中主站為輸送站與機械手臂站，其他子站掛靠在輸送站和機械手臂之下的從站，包括之后的拓展模塊（齒輪加工成型和熱處理，加工站臺全部掛靠在機械手臂站下，熱處理模塊掛靠在輸送站下。生產(chǎn)線的整體結(jié)構(gòu)如圖一所示。

（二）輸送站結(jié)構(gòu)與功介紹

輸送站輸出連接有變頻器和位置控制閥，輸入連接有位置探測器。在整個系統(tǒng)擔(dān)當(dāng)了傳送物料到達各個單元的任務(wù)。在總線控制中是第一個主站，也是物料到達的第一個站臺，主要由以下輔助單元模塊組成。

變頻器：變頻器主要控制電機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)控制工件在傳送帶上的移動速度。

位置控制閥：由擋料閥和起料閥兩部分組成，根據(jù)實際物料重量選取氣動閥或是液動閥。

位置探測器：主要檢測工件是否到達指定位置，反饋給PLC，確定是否輸出位置控制閥控制信號。

（三）機械手臂站結(jié)構(gòu)與功介紹

機械手臂站輸出連接動作控制閥和移動控制器，輸入連接限位開關(guān)和位置探測器。主要任務(wù)是將工件抓取到加工站進行加工。在總線控制中是第二個主站，是物料到達的第二個站臺，主要由以下輔助單元模塊組成。

動作控制閥：是由若干個氣動閥或者液動閥組成，主要用于控制機械手臂的抓取物料和放置物料

移動控制器：主要根據(jù)實際情況分為步進器和伺服器，在本生產(chǎn)線當(dāng)中為步進器（I0.0和I0.2）。

位置檢測器：可以是有位置探測器或者旋轉(zhuǎn)編碼器構(gòu)成，主要目的是使機械手臂在指定位置下放或者抓起工件。

（四）加工站結(jié)構(gòu)與功介紹

加工站是整個生產(chǎn)線的核心站臺工件將在本站臺完成機械加工。在實際設(shè)計當(dāng)中機械手臂的從站將有若干個子站組成。后橋傘齒輪加工要具備有車床主站、銑床站和齒輪機床站，共同配合完成加工過程。加工站的輸出連接卡盤加緊閥、卡盤旋轉(zhuǎn)主運動輸出控制器、切削量控制模塊和確進給量運動控制模塊。

車床進給移動為非直線運動時由切削運動和進給運動復(fù)合形成，輸入控制端有卡盤加緊檢測和刀架臺零點檢測點輔助完成進給量的輸出控制。加工站是一個理想化站臺，是機械手臂站臺的從站，主要完成后橋傘齒輪的加工工藝流程，典型輔助單元及功能簡單表述如下。

第一，卡盤加緊閥：當(dāng)PLC輸出卡盤加緊閥控制信號時，卡盤開始加緊，保證工件緊固穩(wěn)定;

第二，物料加緊檢測器：為壓力探測器或者為磁性傳感器，只有物料加緊檢測器為接通時系統(tǒng)才啟動切削運動或者運行機床切削程序。

（五）熱處理站結(jié)構(gòu)與功介紹

熱處理站在本生產(chǎn)線當(dāng)中主要是作為終端處理站，主要完成后橋傘齒輪淬火和滲氮滲碳工藝處理。按照工藝參數(shù)的標準完成淬火、滲氮滲碳、精細打磨等任務(wù)輸出端連接倉料控制閥、機械手臂控制閥和移動控制閥。機械手臂所抓取的工件物理環(huán)境和條件不同，因此在輸入連接有溫度檢測器等不同類型的傳感器，滿足不同工藝參數(shù)條件下的生產(chǎn)過程。

溫度檢測器：溫度探測器是熱處理站的核心原件，是控制熱處理站工作狀態(tài)的控制信號源。如淬火、滲氮、滲碳的工作狀態(tài)和機械手臂的狀態(tài)和料倉開閉狀態(tài)的控制，都需要溫度控制器反饋信號經(jīng)PLC處理后做出反饋判斷。

倉料控制閥：是由若干個氣動閥或者液動閥組成，主要控制料倉開啟和關(guān)閉控制閥。

機械手臂控制閥：是由若干個氣動閥或者液動閥組成，主要控制機械手臂狀態(tài)如抓取或者放下的動作控制閥。

機械手臂移動控制信號：發(fā)出控制機械手臂移動的脈沖信號。

三、功能的深度開發(fā)

柔性制造系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)緊湊，功能單元完整，硬件單元的拓展性及軟件的兼容性好。以后橋傘齒輪加工為模型，在不同的主站或者子站都可以進行功能的深度開發(fā)，市場前景和發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

（一）測量站

在機加工完成（單站或者全部機加工完成）后工件進入到測量站檢測，只有合格后才行下一站移動，不合格則發(fā)出警報。

（二）檢測站

檢測工件的表面硬度、粗糙度和是否存在裂紋和檢測，只有合格后才行下一站移動，不合格則發(fā)出警報。

（三）表面處理站

對齒輪表面進行打磨的處理站。

（四）全自動鍛造站

將工件自動鍛造形成后放入到輸送小車上進行后續(xù)加工。

（五）全息位置探測器

以便實現(xiàn)自動對刀，增加生產(chǎn)線效率。提供增加探測器數(shù)量取消程序控制流程，改用反饋信號判斷方式，使加工更加精確。

參考文獻

[1] 陳小軍，王芳，謝達城.檳榔包裝的自動化生產(chǎn)線設(shè)計[J].包裝與食品機械，2014，32（05）：40-44.

[2] 李本紅，陳小軍.基于PLC和觸摸屏的食品包裝自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計[J].機電工程技術(shù)，2014，43（01）：9-13.

[3] 陳永方，陳明.淺談自動化生產(chǎn)線的發(fā)展[J].廣西輕工業(yè)，2011，27（01）：57+61.

[4] 加工螺旋傘齒輪的專用銑床[J].機械制造，1958，（12）：11-12.

[5] 螺旋傘齒輪銑齒機[J].汽車技術(shù)，1971，（03）：58-66.

[6] 傘齒輪展成銑齒機[J].汽車技術(shù)，1973，（02）：8-10.

[7] 楊亞沛，李紅信，鄧曉燕.多主站PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)分析[J].微計算機信息，2008，（34）：61-63.

[8] 張軼.基于多主站PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)的實時性能研究[D].蘭州大學(xué)，2008.

[9] 劉澤祥，李媛.現(xiàn)場總線技術(shù) [M].機械工業(yè)出版社，2016年1月，第二版，第7次印刷.

[10] 王欣，郭硯榮.機械制造基礎(chǔ)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2017年1月，第一版，第1次印刷.

[11 段紅尊.螺旋傘齒輪雙分流精密鍛造方法研究