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料库系统如何使用电气的轴定位补偿功能保证托盘的平稳性昌吉

威尔五金网 2020-03-05 16:48:26

料库系统可以优化工作流程、节省时间和降低成本。带高速单张取料的料库可以优化物料流动过程,使得工作更容易,并且通过料库的智能化管理系统,可以高效的管理板料的库存情况。料库装置通常采用链条传动,本文主要探讨如何使用电气的轴定位补偿功能,实时补偿不同负载下链条的拉伸量,从而保证托盘进出库的平稳性。

料库系统概述

料库系统是钣金生产系统非常重要的组成部分,配合数控转塔冲床或冲剪复合机可组成数控板料柔性加工单元(图1)。此料库系统不仅具有板料存储功能,同时还具备冲床上料功能,可实现整堆板材入库、自动取料、连续加工,并把加工成形的工件打包后输送到其他物流线的功能。如果没有料库,成堆的板料常常散放在车间各个角落,不但生产空间被浪费了,而且叉车操作人员还需要浪费时间满车间转圈找板料。

图1料库系统

用户通过操作界面将板材信息录入料库操作系统,包含板材长度、板材宽度、板材厚度、板材材质等信息。同时结合上位CAM软件,自动选择需加工板材完成刀具加载并生成加工CNC代码,发送至数控伺服转塔冲床或冲剪复合机。由此数控转塔冲床或冲剪复合机将所需加工的板材信息发送至料库系统,料库系统收到板材信息后,开始进行数据处理,处理完成后将冲床或冲剪复合机所需的板材送至加工区域,由此实现板材的连续加工。

本产品的主要特点:

⑴立体仓库。多个储存库位,带悬臂式原料上料装置。

⑵两级伸缩上料装置。库体内部内置伸缩上料装置,此装置可节约空间。

⑶任意库位出料装置。采用伺服电机驱动,同步带带动取料装置上下移动,取料装置有多级可伸缩装置便于伸入料库取料,出料速度快,效率高。

⑷取料吸盘抓手。吸盘抓手采用真空吸盘吸取板材,便于精确抓取板材;另外,上料吸盘面上集成了板厚测量装置(在吸盘抓手运动的过程中可以测量,防止板材粘连)、板边装置(用于板材之间快速分离)。

补偿功能运用

⑴提升机构空载情况,由于链条承受重量只有提升机本身,此时承重为T1(单位吨),如图2所示;提升机构带载情况(额定满载3吨),带负载重量为T2,则此时链条承重T3=T1+T2,如图3所示。

图2空载

图3带载

假设链条的拉伸量是线性变化的,同时假设此链条带载每增加1吨,链条拉长量为L;实际测量ΔL的数值在0~10mm的范围内比较合适。另一方面随着托盘带载进库或出库,ΔL的数值也随之变化,为了保证托盘能够平稳、顺畅的进出库,进出库的过程中必须保证实际测得提升机构的位置偏差数值<1.5mm。

⑵补偿方式。

1)负载端绝对值编码器的运用。绝对值编码器由

机械位置确定编码,它无需记忆,无需寻找参考点,而且不用一直计数,这样编码器的抗干扰能力强,大大提高了数据的可靠性。本料库系统提升轴负载端采用拉线

式绝对值编码器,通过拉线将负载与编码器直接连接,PLC控制器更加精确的读取提升机构的实际位置,有利于PLC控制器及时监控链条拉伸量ΔL引起的负载位置的变化量,同时通过程序迅速将此变化量补偿。

2)轴定位实时补偿。采用西门子S7-1200控制器,通过ProfiDrive控制方式控制西门子G120系列变频器,同时负载端外接绝对值编码器,协同工作,实现主料库提升轴全闭环精确定位。利用西门子S7-1200标准功能块中的MC_Power功能块与MC_Absolute功能块实现托盘进出库的实时补偿。

⑶补偿步骤。

1)在水平轴开始拖动托盘出库瞬间(图4),PLC立刻读取当前编码器数值P1,并保存至对应的存储空间内,此数值就是需补偿的位置(当托盘位于库内时,此时提升机构处于空载状态,ΔL=0)。

图4托盘出库前

2)在水平轴拖动托盘逐渐出库的过程中(图5),由于负载重量逐渐加到链条上,链条的拉伸量逐渐变大。此时ΔL>0,并逐渐增大,在托盘出库过程中PLC实时监控托盘的实际位置P,同时实时监控托盘的位置变化量ΔP。

图5托盘出库中

3)若要保证托盘出库平稳,ΔP必须控制在一定范围之内。实验证明ΔP越大,则提升机构导轨与库内导轨之间的高度差也就越大,托盘第二个轮子出库时的抖动越大,异响也越大。

4)当PLC监控到ΔP>1.5mm时,PLC立刻通过MC_Power功能块与MC_MoveAbsolute功能块,提升轴的变化量ΔP补偿,保证将ΔP控制在1.5mm以内。

5)另一方面,由于提升轴的变化量ΔP变化在前,PLC补偿在后。故补偿量永远滞后于变化量,所以当托盘轮子通过提升机构导轨与库内导轨之间的缝隙时,需将水平轴移动速度适当降低,由此保证补偿滞后不会太多,从而保证补偿的及时性。

补偿效果

为了测试补偿效果,控制程序中增加提升轴补偿功能选项。当此功能选项打开时,托盘进出库时提升轴实时补偿,消除链条拉伸量引起的位置偏差;当功能选项关闭后,水平轴拖动托盘进出库时,提升轴不做任何动作。

⑴未添加补偿功能前。

当补偿功能关闭后,托盘出库过程中,因负载的重量由料库内导轨逐渐转移到提升机构的导轨上,由此引起提升机构导轨与库内导轨之间缝隙的高度差(ΔP)逐渐增大。实际测量发现当托盘第二个轮子出库前(图6),提升机构导轨与库内导轨之间缝隙的高度差将近6mm。由于6mm高度差的存在,造成托盘第二个轮子经过提升机构导轨与库内导轨之间缝隙时,料库剧烈晃动,同时具有明显异响。另一方面由于编码器接在负载段,当晃动明显时,造成PLC中位置报错。因此当不带补偿功能时,此出库动作明显不符合实际控制要求。

图6托盘第二个轮子出库前

⑵添加补偿功能后。

当补偿功能打开后,托盘出库过程中,当PLC控制器监控到ΔP>1.5mm时,提升轴立即补偿并向上运动,由此将提升机构位置保持在托盘出库前的位置。由于托盘出库过程中始终保持提升机构的位置偏差值ΔP<1.5mm,托盘轮子经过提升机构导轨与库内导轨之间缝隙时没有明显的高度差,由此保证托盘平稳、顺畅的出库。

实际检测发现托盘出库过程中,随着托盘逐渐出库,提升轴一共进行了3次位置补偿,分别在以下三个状态时进行补偿:

托盘第一个轮子经过提升机构导轨与库内导轨之间缝隙后;托盘第一个轮子经过提升机构导轨与库内导轨之间缝隙后,但第二个轮子未经过提升机构导轨与库内导轨之间缝隙;托盘第二个轮子经过提升机构导轨与库内导轨之间缝隙后。实际测试证明此补偿功能弥补了链条拉伸量带来的位置偏差。

结束语

工业制造自动化程度的越来越高,料库系统在钣金加工中的应用也将越来越广泛。料库系统成功解决了钣金加工中原材料的存储问题,大大提高了钣金加工能力,同时也提高了钣金加工的自动化程度,另一方面大大降低了工人的劳动强度。轴定位补偿功能在料库系统中的应用,成功的解决了托盘进出库过程中由于链条拉伸量造成的提升轴位置偏差问题。补偿功能有利于托盘平稳、快捷的进出库;同时在链条负载力足够的情况下,不必考虑链条拉伸量带来的不良影响,从而使得机械选型更为方便。随着机床自动化、智能化的快速发展,钣金加工行业自动化、智能化的程度也越来越高,不同的机械结构的机床及配套辅机越来越多,电气轴定位补偿功能的应用领域及范围也必将越来越广。

作者简介:王铎,工程师,技术部电气主管,主要从事机床设备的电气图纸设计、HMI界面设计、控制程序开发,及自动化生产线的集成应用。

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