江天琦，許四祥，郝 奇，朱寶林

(安徽工業(yè)大學(xué) 機械工程學(xué)院， 安徽 馬鞍山 243000)

現(xiàn)代化的大型連鑄機采用火焰切割的方式將連鑄坯切割成定尺長度，但火焰切割過程中熔融鋼液向下流動導(dǎo)致鑄坯底部粘連有一條不規(guī)則的毛刺，嚴(yán)重影響了軋鋼成品的表面質(zhì)量和軋輥的壽命?，F(xiàn)有的去除毛刺方法主要有錘刀式去除法和刮刀式去除法，但它們滿足不了現(xiàn)場生產(chǎn)線的質(zhì)量要求[1-3]。本課題組提出了一種等離子去板坯毛刺的新方法[4]，實驗證明等離子去毛刺能獲得良好效果。筆者嘗試通過RobotStudio軟件實現(xiàn)機器人等離子切割去除板坯毛刺工作站的設(shè)計與仿真，為機器人等離子切割去除板坯毛刺技術(shù)的開發(fā)提供技術(shù)支持。

1 工作站總體方案設(shè)計

1.1 工作站布局設(shè)計

機器人等離子去板坯毛刺工作站采用前后兩臺懸掛式ABB IRB-1200型工業(yè)機器人進(jìn)行工作，此種布局方式具有節(jié)省工作空間、可充分發(fā)揮機器人工作范圍、縮短板坯加工時間、有效節(jié)約加工成本等優(yōu)點。工作站布局如圖1所示，主要由工業(yè)機器人、可編程控制器(PLC)、送料輥道、上下料機構(gòu)、變頻電機和光電傳感器等部件組成。以PLC為控制核心，通過PLC連接外圍設(shè)備建立設(shè)備間通訊及管理，實現(xiàn)工作站完整的工作流程。

1.2 工作站關(guān)鍵部件設(shè)計

瑞典ABB公司的RobotStudio軟件具有三維模型導(dǎo)入、軌跡自動規(guī)劃、離線編程、仿真調(diào)試、碰撞檢測、二次開發(fā)等功能[5-8]，但是該軟件建模功能并不強大，只能創(chuàng)建簡單的三維模型，絕大多數(shù)情況下要把所需要的模型通過其他建模軟件建立后再導(dǎo)入RobotStudio軟件中才能滿足要求。

采用SolidWorks軟件構(gòu)建了等離子去板坯毛刺工作站的關(guān)鍵部件。如圖2所示，分別為等離子切割槍、輸送輥道以及龍門。其中龍門安裝了導(dǎo)軌絲杠，可以使機器人實現(xiàn)在龍門兩端之間的移動工作，擴大了機器人的工作空間。但由于本工作站采用懸掛式ABB IRB-1200型工業(yè)機器人，在未安裝等離子切割槍時機器人工作范圍為901 mm，可以在固定的位置下滿足本工作站的加工需要，所以在本工作站中將龍門頂部導(dǎo)軌設(shè)為靜止不動，機器人懸掛于龍門導(dǎo)軌中心位置進(jìn)行加工。

1.前部機器人; 2.前部龍門; 3.等離子切割槍; 4.后部機器人; 5.后部龍門; 6.輸送輥道; 7.后部光電傳感器; 8.升降機構(gòu); 9.加工板坯; 10.前部光電傳感器

圖2 工作站關(guān)鍵部件三維模型

1.3 工作站工作流程設(shè)計

整個工作站的工作流程為：首先輥道運送板坯，速度為800 mm/s；當(dāng)板坯觸碰到前部線性傳感器時，輥道開始減速，當(dāng)板坯觸碰到后部傳感器時，輥道完全停止；此時板坯進(jìn)入待加工工位，上下料機構(gòu)開始啟動，將板坯抬起，抬起高度為130 mm，之后板坯進(jìn)入加工工位，前后兩個機器人開始進(jìn)行去毛刺作業(yè)；加工完成后，上下料機構(gòu)再次啟動，將加工完成的板坯運送至待加工位置，同時自身回到初始位置；當(dāng)板坯到達(dá)待加工位置時，輥道啟動，同時下一塊板坯開始運送，整個加工流程完成。具體流程如圖3所示。

圖3 工作站工作流程

2 工作站系統(tǒng)設(shè)計

2.1 工作站動態(tài)Smart組件設(shè)計

在RobotStudio中創(chuàng)建機器人去板坯毛刺工作站、運送輥道、上下料機構(gòu)的動態(tài)效果對仿真起了重要的作用[5]。其軟件中的Smart組件能實現(xiàn)動畫效果。

先設(shè)定將用到的Smart組件，分為兩類：第一類為運送輥道的Smart組件，首先添加子組件，包含動作子組件Source、Slink，本體子組件LinearMover、LinearMover2，信號子組件LogicSRLatch，傳感器子組件LineSensor，以及其他子組件Queue、SimulationalEvents；第二類為上下料機構(gòu)的Smart組件，依次添加動作子組件Attacher、Detacher，本體子組件LinearMover2，傳感器子組件PlaneSensor；再設(shè)定各組件之間的屬性連接，即不同子組件之間屬性的相關(guān)聯(lián)；然后創(chuàng)建I/O信號和I/O連接，即各子組件間運動的相關(guān)聯(lián)，各組件間的邏輯關(guān)系如圖4所示。

圖4 工作站Smart組件間邏輯關(guān)系

2.2 設(shè)置工作站仿真運行I/O信號

真實的工作站以PLC作為中央控制系統(tǒng)，將PLC與機器人等設(shè)備I/O板進(jìn)行連接，采用現(xiàn)場總線，接受并處理輥道、上下料機構(gòu)、工業(yè)機器人等發(fā)送來的信號。再模擬工作站運行時，Smart組件近似于PLC，當(dāng)將Smart組件的I/O信號與工業(yè)機器人的I/O信號相關(guān)聯(lián)時，就相當(dāng)于是在模擬PLC與機器人、輥道、上下料機構(gòu)之間的通信，離線編寫機器人工作程序，就可以實現(xiàn)工作站完整的工作流程[9]。表1為等離子去板坯毛刺工作站的I/O信號。

表1 工作站I/O信號

3 工作站仿真

由于采用前后兩個機器人同時對板坯進(jìn)行加工，且加工時板坯自身沒有位移，所以可以將一個完整的同時加工流程編寫為2個獨立的程序，即前后2個機器人分別獨立完成自身的程序，互不干涉。在使用RobotStudio軟件進(jìn)行離線編程之前，先設(shè)置3個關(guān)鍵數(shù)據(jù)：工件數(shù)據(jù)(Tooldate)、工具數(shù)據(jù)(Wobdate)、有效載荷(Loaddate)。然后進(jìn)行機器人運動軌跡規(guī)劃，這其中又包括了示教目標(biāo)點、配置運動參數(shù)、生成運動路徑等[10-12]。這里僅給出前部機器人去除毛刺的部分主程序：

IF DiQuchu=1 THEN

MoveL FrontHome,v200,fine,ToolFrontWObj:=WobFront; !機器人回到初始位置

MoveL RelTool(FrontStrat,0,0,-50),v200,fine,ToolFrontWObj:=WobFront;

MoveL FrontStrat,v20,fine,ToolFrontWObj:=WobFront; !移動機器人到達(dá)加工起點位置

set DoQuchu; !等離子切割機開始工作

MoveL FrontEnd,v200,fine,ToolFrontWObj:=WobFront; !移動機器人到達(dá)加工終點

reset DoQuchu; !等離子切割機停止工作

MoveL RelTool(FrontEnd,0,0,-50),v20,fine,ToolFrontWObj:=WobFront;

MoveL FrontHome,v200,fine,ToolFrontWObj:=WobFront; !移動機器人回歸初始位置。

Set DoTool; !發(fā)出信號給上下料機構(gòu)

ENDIF

運用RobotStudio軟件對Rapid程序進(jìn)行驗證并運行后，可以得到等離子切割槍的仿真運動軌跡。如圖5所示，工作站完整實現(xiàn)了去板坯毛刺的工作流程，在板坯被升降裝置提升至加工位置后，前后機器人分別先以20 mm/s的速度將等離子切割槍移動至加工起點，其次等離子切割槍以200 mm/s的速度完成了去除板坯毛刺，最后機器人又以20 mm/s的速度回到了初始位置，同時板坯下降，離開加工位置，等板坯重新回到輥道上時，輥道重新運動，下一塊未加工板坯開始輸送。

圖5 仿真效果圖

4 結(jié)束語

結(jié)合SolidWorks的建模功能，在RobotStudio中建立了等離子去板坯毛刺工作站的仿真模型，根據(jù)實際工況要求，設(shè)計了工作站的工作流程及布局；設(shè)計了工作站動態(tài)Smart組件；模擬PLC與輥道、上下料機構(gòu)、前后機器人等設(shè)備的I/O信號進(jìn)行通信；實現(xiàn)了機器人對板坯毛刺進(jìn)行去除的軌跡規(guī)劃、離線編程和仿真調(diào)試,為機器人等離子去除板坯毛刺工作站的搭建提供了技術(shù)支持。