CN110426993A - 基于零点定位***的自动化气嘴对接***及其控制方法 - Google Patents

基于零点定位***的自动化气嘴对接***及其控制方法 Download PDF

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银川
杨燕
张志强
陈杰
郑加旺
冯永杰
李睿
刘洋
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Abstract

本发明公开了一种基于零点定位***的自动化气嘴对接***及其控制方法，属于自动化机床的技术领域，通过在机床上安装自动化气嘴对接***，包含气缸、支撑架、比例调节阀、气压检测传感器，并通过I/O拓展模块通信连接至总控PLC，并在机床数控***中植入基于零点定位***的自动张开程序与自动夹紧程序，具备控制母盘主轴准停、母盘气嘴自动对接通气、检测母盘的张开或夹紧是否到位、气嘴自动分离等功能，实现零点定位***的自动化集成，以满足零点定位***的快换功能。

Description

基于零点定位***的自动化气嘴对接***及其控制方法
技术领域
本发明属于自动化机床的技术领域，具体而言，涉及一种基于零点定位***的自动化气嘴对接***及其控制方法。
背景技术
在机械制造、测量、机床、机器人自动生产线领域中，零点定位***的应用极为广泛，而零点定位***是一个独特的定位和锁紧装置，能保持工件从一个工位到另一个工位，一个工序到另一个工序，或一台机床到另一台机床，零点始终保持不变。因此，零点定位***因其具有高精度重复定位与快换功能的特性，大量应用于自动化加工单元中。
然而零点定位***的快换功能需要外接工业气源吹气实现，因此零点定位***的自动化应用局限于铣床上工件或工装快换，以及机器人端拾器的快换。在车床上，由于主轴高速旋转，零点定位***目前均采用手动吹气的方式实现快换功能，尚未实现自动化。
综上，基于现有零点定位***的技术缺陷，亟待提出了针对车床上零点定位***的自动化改造方法，以实现零点定位***在车床上的自动化集成。
发明内容
鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种基于零点定位***的自动化气嘴对接***及其控制方法以达到能够对机床的零点定位***进行优化改造，实现对气嘴的自动化对接，以满足零点定位***的快换功能的目的。
本发明所采用的技术方案为：一种基于零点定位***的自动化气嘴对接***，包括装于机床主轴上的母盘，该母盘上设有第一气嘴和第二气嘴，还包括装于机床上的支撑架，所述支撑架上装有气缸，该气缸的伸缩端装配连接有气缸连接过渡板，气缸连接过渡板上连接有气缸接头连接板；所述气缸接头连接板上设有分别与第一气嘴和第二气嘴对应匹配的第一气嘴接头和第二气嘴接头；所述第二气嘴接头连接有比例调节阀且两者之间设有气压检测传感器，比例调节阀和第一气嘴接头均连通有工业气源管路。
进一步地，所述工业气源管路的气压为0.6Mpa。
进一步地，所述气缸配设有对其伸缩运动控制的电磁阀，电磁阀、所述气压检测传感器和比例调节阀均通过I/O拓展模块接入机床的总控PLC。
进一步地，所述工业气源管路上设有气源电磁阀。
进一步地，所述支撑架的端面上开设有调节槽和对称设于调节槽两端的装配槽，调节槽内依次滑动设有上夹块、气缸装配座和下夹块，且上夹块和下夹块均配设有驱动其滑动的调节螺杆，气缸装配座上连接有所述气缸。
一种基于零点定位***的自动化气嘴对接***的控制方法，包括通过机床数控***采集多个信号，分别为张开信号、张开完成信号、夹紧信号、夹紧完成信号、故障信号，该控制方法包括以下步骤：
(1)通过M代码在机床数控***中编写自动张开程序与自动夹紧程序；
(2)若执行自动张开动作，将张开信号的状态切换为“是”，并进入步骤(3)；若执行自动夹紧动作，将夹紧信号的状态切换为“是”，则进入步骤(4)；
(3)判断夹紧完成信号的状态，若为“是”，则通过机床数控***调用自动张开程序，并进入步骤(3.1)；若为“否”，则机床数控***保持运行；
(3.1)通过机床数控***下发控制指令，执行主轴准停、接通工业气源管路和气缸伸出的动作，直至自动张开程序运行结束；
(3.2)检测自动张开是否到位，若到位，则故障信号的状态为“否”、张开完成信号的状态为“是”、夹紧完成信号的状态为“否”和张开信号的状态为“否”；若不到位，则故障信号的状态为“是”；
(4)判断张开完成信号的状态，若为“是”，则通过机床数控***调用自动夹紧程序，并进入步骤(4.1)；若为“否”，则机床数控***保持运行；
(4.1)通过机床数控***下发控制指令，执行关闭工业气源管路和气缸回缩的动作，直至自动夹紧程序运行结束；
(4.2)检测自动夹紧是否到位，若到位，则故障信号的状态为“否”、夹紧完成信号的状态为“是”、张开完成信号的状态为“否”和夹紧信号的状态为“否”；若不到位，则故障信号的状态为“是”。
进一步地，所述步骤(3.1)中在接通工业气源管路后延迟30s供气。
进一步地，所述步骤(3.2)中经气压检测传感器反馈气压信息至机床数控***，若气压值大于阈值，则表示自动张开到位；
所述步骤(3.2)中经气压检测传感器反馈气压信息至机床数控***，若气压值为0，则表示自动夹紧到位。
进一步地，将机床数控***通过I/O拓展模块连接至外部通信***，以对所述张开信号、张开完成信号、夹紧信号、夹紧完成信号和故障信号的信号传输。
本发明的有益效果为：
1.采用本发明所公开的基于零点定位***的自动化气嘴对接***，其通过在机床上安装气缸，通过气缸的伸缩动作实现气嘴的自动化对接，且在气嘴的气路上设置比例调节阀以对气压进行调整，在通过设置气压检测传感器实现对气压的检测，以实现在零点定位***上集成自动化气嘴对接装置，解决现有技术中无法实现自动化快换功能的缺陷，提升了机床的工作效率。
2.采用本发明所公开的基于零点定位***的自动化气嘴对接***的控制方法，在该控制方法中，在机床数控***中植入PLC控制程序，运行PLC控制程序实现自动张开动作或自动夹紧动作，在运行之后会实时更新各个信号点的状态信息，能够保证零点定位***中自动张开和自动夹紧动作的正常执行，运行逻辑清晰可靠。
附图说明
图1是本发明提供的基于零点定位***的自动化气嘴对接***的整体结构示意图；
图2是本发明提供的基于零点定位***的自动化气嘴对接***中支撑架与气缸之间的装配结构示意图；
图3是本发明提供的基于零点定位***的自动化气嘴对接***中支撑架的结构示意图；
图4是本发明提供的基于零点定位***的自动化气嘴对接***的局部结构示意图；
附图中标注如下：
机床-1，母盘-2，气缸-3，支撑架-4，气缸连接过渡板-5，气缸接头连接板-6，第一气嘴-7，第二气嘴-8，气缸装配座-9，上夹块-10，下夹块-11，调节螺杆-12。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义型实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
实施例1
在本实施例中具体公开了一种基于零点定位***的自动化气嘴对接***，零点定位***和该自动化气嘴对接***均是基于机床1设计的，在现有技术中，零点定位***在通入0.6MPa工业气源能够分别实现工装或工件与母盘的分离；反之，断开0.6MPa工业气源后能够实现工装或工件与母盘的高精度夹紧，零点定位***属于现有设备，此处不再赘述。
如图1、图2及图4所示，该零点定位***包括装于机床主轴上的母盘2，母盘2属于零点定位***中的成熟部件，其上设有气嘴，在气嘴通气或断气的情况下，通过其内部的气路机构能够实现母盘2内部的装夹工装产生夹紧或张开动作，在本实施例中，以母盘2上设有第一气嘴7和第二气嘴8为例，其中，第一气嘴7直接接入0.6Mpa工业气源、而第二气嘴8接入0.2Mpa工业气源，便能够实现零点定位***的正常工作。
还包括装于机床上的支撑架4，所述支撑架4上装有气缸3，该气缸3的伸缩端装配连接有气缸连接过渡板5，气缸连接过渡板5上连接有气缸接头连接板6；所述气缸接头连接板6上设有分别与第一气嘴7和第二气嘴8对应匹配的第一气嘴7接头和第二气嘴8接头，当气缸3进行伸出动作时，能够实现第一气嘴7和第二气嘴8分别与第一气嘴7接头和第二气嘴8接头匹配连通；所述第二气嘴8接头连接有比例调节阀且两者之间设有气压检测传感器，气压检测传感器用于检测第二气嘴8接头的进气气压，比例调节阀和第一气嘴7接头均连通有工业气源管路，工业气源管路的另一端连接有工业气源的输出端。为满足零点定位***的正常工作需求，将所述工业气源管路的气压设为0.6Mpa，由于第一气嘴7接头直接与工业气源管路连通，则第一气嘴7接头的进气气压则为0.6Mpa，而第二气嘴8接头经比例调节阀进行供气，比例调节阀用于调控第二气嘴8接头的进气压力，使其调整为0.2Mpa。
所述气缸3配设有对其伸缩运动控制的电磁阀，电磁阀控制气缸3的伸出或搜索运动是属于常规控制方法，此处不再赘述。将电磁阀、所述气压检测传感器和比例调节阀均通过I/O拓展模块接入机床的总控PLC，当总控PLC下发控制指令后，均可控制电磁阀和比例调节阀作出相应动作，而气压检测传感器则用于反馈气压数据至总控PLC。
所述支撑架4的端面上开设有调节槽和对称设于调节槽两端的装配槽，装配槽用于预留上夹块10、气缸装配座9和下夹块11的安装空间，在调节槽内依次滑动设有上夹块10、气缸装配座9和下夹块11，且上夹块10和下夹块11均配设有驱动其滑动的调节螺杆12，在气缸装配座9上装配连接有所述气缸。优选的，上夹块10、气缸装配座9和下夹块11与调节槽之间均采用燕尾槽的结构进行装配，以保证上夹块10、气缸装配座9和下夹块11能够在调节槽内部自由滑动，且不会产生脱落现象。
如图3所示，在具体实施过程中，预先将支撑架4经螺栓固定连接于机床上，再将上夹块10、气缸装配座9和下夹块11分别装配在调节槽内，通过拧动两个调节螺杆12，两个调节螺杆12促使上夹块10和下夹块11的位置发生移动，以调整气缸装配座9的位置，当气缸装配座9的位置调整好之后拧紧两个调节螺杆12，将缸装配座的位置固定，气缸的位置也相对固定，气缸作伸出运动时，能够保证气缸接头连接板6上的第一气嘴7接头和第二气嘴8接头能够正好与第一气嘴7和第二气嘴8对应对接，以将零点定位***接入至工业气源中。
在本实施例中，为保证能够实现气嘴的自动对接，需预先将气缸作伸出动作，调整气缸接头板上第一气嘴7接头和第二气嘴8接头正好与零点定位***的第一气嘴7和第二气嘴8对接，记录下此时机床的主轴准停角度，在机床数控***中更改准停角度参数，以保证每次主轴准停时，均停留在预设位置上。
实施例2
在本实施例中，提供了一种基于零点定位***的自动化气嘴对接***的控制方法，其是基于实施例1中所提供的基于零点定位***的自动化气嘴对接***进行控制运行的，在该控制方法中，通过机床数控***采集多个信号，分别为张开信号、张开完成信号、夹紧信号、夹紧完成信号、故障信号。优选的，将机床数控***与外部通信***之间通过I/O拓展模块的I/O接口连接通信，且所述张开信号、张开完成信号、夹紧信号、夹紧完成信号和故障信号分别对应I/O拓展模块的5个I/O点位。
同时，机床数控***中的总控PLC下发控制信号，分别执行以下动作：主轴准停、气缸伸出、气缸缩回、检测夹紧到位、检测张开到位、接通工业气源、断开工业气源。上述各个动作的执行程序均采用M代码编程后植入至总控PLC中。
其中，气缸伸出和气缸缩回通过控制电磁阀实现；
检测夹紧到位和检测张开到位通过气压检测传感器所反馈的气压信息进行判读，具体如下：(a)经气压检测传感器反馈气压信息至机床数控***，若气压值大于阈值，则表示自动张开到位；(b)所述步骤(3.2)中经气压检测传感器反馈气压信息至机床数控***，若气压值为0，则表示自动夹紧到位。
接通工业气源和断开工业气源通过控制气源电磁阀实现。
在本实施例中，基于二进制的原理，对所述张开信号、张开完成信号、夹紧信号、夹紧完成信号和故障信号的信息传输，均以“1”和“0”表示，例如：张开信号所在点位为“1”，则表示执行；反之，则表示不执行。张开完成信号所在点位为“1”，则表示动作完成；反之，则表示动作未完成。夹紧信号所在点位为“1”，则表示执行；反之，则表示不执行。夹紧完成信号所在点位为“1”，则表示动作完成；反之，则表示动作未完成。故障信号所在点位为“1”，则表示出现故障，反之，则表示未出现故障。
该控制方法具体如下：
(1)通过M代码在机床数控***中编写自动张开程序与自动夹紧程序；
(2)若需执行自动张开动作，用户操作外部通信***(外部通信***可以是集成于机床上的控制主机，也可以是远程控制平台，此处不作限制)，将张开信号所在点位的状态切换为“1”，并进入步骤(3)；若执行自动夹紧动作，用户操作外部通信***，将夹紧信号所在点位的状态切换为“1”，则进入步骤(4)；
(3)判断夹紧完成信号所在点位的状态，若为“1”，表明当前零点定位***处于夹紧完成状态，则通过机床数控***调用自动张开程序，并进入步骤(3.1)；若为“0”，表明处于零点定位***正处于夹紧动作状态下，则机床数控***保持当前运行状态即可；
(3.1)通过机床数控***下发控制指令，通过总控PLC下发控制指令执行主轴准停、接通工业气源管路和气缸伸出的动作，直至自动张开程序运行结束；优选的，在接通工业气源管路后延迟30s供气，以对气缸的伸出动作预留足够的时间；
(3.2)检测自动张开是否到位，若到位，则故障信号所在点位的状态为“0”(表明不存在故障，能够正常完成自动张开动作)、张开完成信号所在点位的状态为“1”(表明当前零点定位***处于张开完成的状态)、夹紧完成信号所在点位的状态为“0”(表明当前零点定位***未处于夹紧完成状态)和张开信号所在点位的状态为“0”(以将张开信号所在点位的状态恢复至初始状态，便于执行下次自动张开动作时，能够将其状态能够切换为“1”)；若不到位，则故障信号所在点位的状态为“1”(表明存在故障，不能够正常完成自动张开动作)；优选的，经气压检测传感器反馈气压信息至机床数控***，若气压值大于阈值，阀值为180Mpa，则表示自动张开到位。
(4)判断张开完成信号所在点位的状态，若为“1”，表明当前零点定位***处于张开完成的状态，则通过机床数控***调用自动夹紧程序，并进入步骤(4.1)；若为“0”，表明处于零点定位***正处于张开动作状态下，则机床数控***保持当前状态运行；
(4.1)通过机床数控***下发控制指令，执行关闭工业气源管路和气缸回缩的动作，直至自动夹紧程序运行结束；
(4.2)检测自动夹紧是否到位，若到位，则故障信号所在点位的状态为“0”(表明不存在故障，能够正常完成自动夹紧动作)、夹紧完成信号所在点位的状态为“1”(表明当前零点定位***处于夹紧完成的状态)、张开完成信号所在点位的状态为“0”(表明当前零点定位***未处于张开完成状态)和夹紧信号所在点位的状态为“0”(以将夹紧信号所在点位的状态恢复至初始状态，便于执行下次自动夹紧动作时，能够将其状态能够切换为“1”)；若不到位，则故障信号所在点位的状态为“1”(表明存在故障，不能够正常完成自动夹紧动作)。优选的，经气压检测传感器反馈气压信息至机床数控***，若气压值为0，则表示自动夹紧到位。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于零点定位***的自动化气嘴对接***，包括装于机床主轴上的母盘，该母盘上设有第一气嘴和第二气嘴，其特征在于，还包括装于机床上的支撑架，所述支撑架上装有气缸，该气缸的伸缩端装配连接有气缸连接过渡板，气缸连接过渡板上连接有气缸接头连接板；所述气缸接头连接板上设有分别与第一气嘴和第二气嘴对应匹配的第一气嘴接头和第二气嘴接头；所述第二气嘴接头连接有比例调节阀且两者之间设有气压检测传感器，比例调节阀和第一气嘴接头均连通有工业气源管路。
2.根据权利要求1所述的基于零点定位***的自动化气嘴对接***，其特征在于，所述工业气源管路的气压为0.6Mpa。
3.根据权利要求1所述的基于零点定位***的自动化气嘴对接***，其特征在于，所述气缸配设有对其伸缩运动控制的电磁阀，电磁阀、所述气压检测传感器和比例调节阀均通过I/O拓展模块接入机床的总控PLC。
4.根据权利要求1所述的基于零点定位***的自动化气嘴对接***，其特征在于，所述工业气源管路上设有气源电磁阀。
5.根据权利要求1所述的基于零点定位***的自动化气嘴对接***，其特征在于，所述支撑架的端面上开设有调节槽和对称设于调节槽两端的装配槽，调节槽内依次滑动设有上夹块、气缸装配座和下夹块，且上夹块和下夹块均配设有驱动其滑动的调节螺杆，气缸装配座上连接有所述气缸。
6.一种基于零点定位***的自动化气嘴对接***的控制方法，包括通过机床数控***采集多个信号，分别为张开信号、张开完成信号、夹紧信号、夹紧完成信号、故障信号，其特征在于，该控制方法基于权利要求1-6任意一项所述的基于零点定位***的自动化气嘴对接***，该控制方法包括以下步骤：
(1)通过M代码在机床数控***中编写自动张开程序与自动夹紧程序；
(2)若执行自动张开动作，将张开信号的状态切换为“是”，并进入步骤(3)；若执行自动夹紧动作，将夹紧信号的状态切换为“是”，则进入步骤(4)；
(3)判断夹紧完成信号的状态，若为“是”，则通过机床数控***调用自动张开程序，并进入步骤(3.1)；若为“否”，则机床数控***保持运行；
(3.1)通过机床数控***下发控制指令，执行主轴准停、接通工业气源管路和气缸伸出的动作，直至自动张开程序运行结束；
(3.2)检测自动张开是否到位，若到位，则故障信号的状态为“否”、张开完成信号的状态为“是”、夹紧完成信号的状态为“否”和张开信号的状态为“否”；若不到位，则故障信号的状态为“是”；
(4)判断张开完成信号的状态，若为“是”，则通过机床数控***调用自动夹紧程序，并进入步骤(4.1)；若为“否”，则机床数控***保持运行；
(4.1)通过机床数控***下发控制指令，执行关闭工业气源管路和气缸回缩的动作，直至自动夹紧程序运行结束；
(4.2)检测自动夹紧是否到位，若到位，则故障信号的状态为“否”、夹紧完成信号的状态为“是”、张开完成信号的状态为“否”和夹紧信号的状态为“否”；若不到位，则故障信号的状态为“是”。
7.根据权利要求6所述的基于零点定位***的自动化气嘴对接***的控制方法，其特征在于，所述步骤(3.1)中在接通工业气源管路后延迟30s供气。
8.根据权利要求6所述的基于零点定位***的自动化气嘴对接***的控制方法，其特征在于，所述步骤(3.2)中经气压检测传感器反馈气压信息至机床数控***，若气压值大于阈值，则表示自动张开到位；
所述步骤(3.2)中经气压检测传感器反馈气压信息至机床数控***，若气压值为0，则表示自动夹紧到位。
9.根据权利要求6所述的基于零点定位***的自动化气嘴对接***的控制方法，其特征在于，将机床数控***通过I/O拓展模块连接至外部通信***，以对所述张开信号、张开完成信号、夹紧信号、夹紧完成信号和故障信号的信号传输。
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