0 引言

在日常生活中，人们对锅的要求不仅仅在实用性上，其美观程度亦很重要。在生产，锅底需不同的砂纹以满足设计和功能需要，但在劳动力紧张的环境下，砂光工艺采用手工作业不仅会制约行业的发展，还容易产生工伤。为解决当前锅底打磨砂光生产效率低、生产成本高的问题，本文研究设计高效数控多轴柔性机器人磨砂系统，以满足行业发展的需求。

1 磨砂系统整体设计

1.1 规格多样化

用户要求高效数控多轴柔性机器人磨砂系统解决方案，必须适应加工产品规格多样化的要求,并能实现快速换线,提高效率。因此，本系统设计成手动调节和参数自动调节功能相配合，以适应多规格产品及尺寸变化，大幅降低生产成本。

针对尺寸规格变化较小的产品，本系统无需调节，用户只需通过操作屏幕进行参数设置即可；针对尺寸规格变化较大的产品，用户可通过快捷手动调节装置进行大尺寸调节，大幅降低设备无效运行时间，提高生产效率。本系统单件生产效率较以前人工作业提高4倍以上。

1.2 参数调节

用户要求设备磨砂速度、进给速度、磨砂精度等的参数可以根据具体情况进行调节和设置，并能实现自动控制和精密驱动。因此，本系统主设备采用伺服驱动控制，精密丝杆、精密直线运动装置及精密齿轮传动、同步轮传动等结构，确保设备速度及位置的精密控制和驱动；采用参数化操作模式，磨砂进给量、磨砂速度、磨砂行程、磨轮速度、产品转速等关键要素均可通过触摸操作屏幕进行参数化设置和操作，操作更加简单，降低了对操作者的技能要求，提高设备的稳定性。

通常情况下，受到许多原因的影响，导致我国高血压患者发病率逐渐向上提升，由于，近阶段我国发生高血压病的概率逐渐升高，加之老年人自身血管弹性非常低，在此基础上受到疾病的影响，更加容易发生高血压事故。因此将老年人血压掌控好对于控制和改善老年人生活质量具有较大的帮助，根据以上状况，文章做了各种分析，具体报道如下。

高效数控多轴柔性机器人磨砂系统的核心是采用伺服驱动控制，精密丝杆、精密直线运动装置及精密齿轮传动、同步轮传动等结构，确保设备速度及位置的精密控制和驱动。PLC控制系统的选择重点考虑，I/O点数、通信模式等。考虑到整个设备配置的档次及售后维护等方面，触摸屏选择台达DOP-B10S411，PLC选择台达DVP10MC11T（I/O点可根据实际需求配置不同扩展模块），伺服系统以及伺服电机都是选择台达品牌的产品，根据各传动部分的实际要求确定伺服电机的运转模式、计算负载惯量和惯量比、转速、转矩等参数，最终选定合适的伺服电机。

  

图1 磨砂系统各参数调节界面

1.3 平衡控制

根据磨底机的动作时序要求，以及电路原理图、气路控制图编写PLC程序，整个数控多轴柔性机器人磨砂系统的PLC程序由初始化程序、数据处理程序、手动控制程序、单步运行程序、自动运行程序、触摸屏控制程序、报警处理程序、控制输出程序等子程序组成。PLC数据处理子程序指令见表2。

  

图2 锅底磨砂系统气动平衡装置

用户要求设备的定位和夹紧装置必须能够快速装夹定位，并能在高速旋转运动中保证产品夹持准确和稳定。因此，本系统的定位夹紧装置采用真空吸附与高速旋转运动有效配合，以实现无限旋转功能。

1.4 精准装夹

气缸选型根据出力换算气缸的活塞面积，即其中，F是所需要的输出力，n是安全系数（一般气缸水平使用取0.7，垂直使用取0.5），P是系统压力，S是活塞面积。根据上述公式，我们选择AirTAC SU80×350气缸。

磨砂系统定位夹紧装置如图3所示。系统定位夹紧可靠，内藏式气路设计密封性好，无外置气路原件，故障率极低，动作简洁，作业效率高，同时大幅降低产品作业过程中表面划伤风险。

  

图3 磨砂系统定位夹紧装置

1.5 灵活上下料

用户要求设备在极其有限的空间里实现高精度及快速上下料。因此，本系统的上下料采用精密齿轮旋转结构和直线竖直运动巧妙结合，磨砂系统上下料装置如图4所示，旋转运动和上下抓料均运行可靠，系统结构紧凑，占用空间小。

  

图4 磨砂系统上下料装置

1.6 磨砂效果一致性

用户要求磨砂系统必须适应产品的不规则变形，同时还要保证锅底最终磨砂效果的一致性。因此，本磨砂系统采用独立力控进行调节，力控部分采用弹性机械和精密气压综合调节，灵敏度高，可有效适应产品的不规则变形；砂带弹性补偿，快速灵敏。磨砂系统力控调节装置如图5所示。

对患者心功能恢复情况进行跟踪，并对治疗前后LVESD、LVEDD及LVEF评分进行记录；显效：患者水肿、乏力、呼吸困难等症状消失，心功能恢复≥2级；有效：患者水肿、乏力、呼吸困难等症状明显缓解，心功能恢复≥1级；无效：患者水肿、乏力、呼吸困难、心功能等症状无改善，总有效率=显效率+有效率。

  

图5 磨砂系统力控调节装置

2 磨砂系统核心控制设计

2.1 电气元器件选型

磨砂系统各参数调节界面如图1所示。

从2006年开始，俄罗斯政府基于市场化原则发展国内天然气市场，天然气价格从政府管控逐步向市场化发展。除了保留对居民用户的气价管控外，非居民用户的天然气批发价格将按价格公式进行计算，定价公式基于国外国内销售同等收益原则，与国际成品油价格挂钩，实现天然气价格由政府管控向定价公式定价转变。虽然俄政府推出了天然气定价公式，价格信息比之前完全由政府公布批准价格公开透明，但定价公式中的部分计算系数和参数依然由政府控制，与价格完全市场化还相距甚远。

 

 

中国城镇化促进会副主席、国家发改委农经司原司长王平生认为，乡村振兴战略的提出符合国情，恰逢其时，它与科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略、区域协调发展战略、可持续发展战略、军民融合发展战略一起，成为国家基本发展战略。

 

表1 锅底磨砂系统电气元器件清单

  

2.2 设计电路图

大家都知道著名的水城威尼斯，其实阿姆斯特丹的很多建筑也是建立在木桩上，市区有很多运河和桥梁，被称为“北方的威尼斯”。城内纵横交错的河道，不仅滋养了整个城市，也给人们观赏这城市提供了不同的视角。从地图上看，密密麻麻的水道将城市的街巷条条块块地分割开来，仿佛以水为丝的巨型蜘蛛网。相比威尼斯，阿姆斯特丹的运河更有价值。威尼斯的运河仅仅与大海相通，没有与大陆水运体系相连；而阿姆斯特丹的运河既与大海相通，又与西欧的莱茵河连通，与广大的腹地有非常便利的交通联系，使商业规模的扩大有了更强的基础。在这里，把欧洲内陆的货物运送到英国和波罗的海沿岸，进一步向美洲和亚洲运送。

  

图6 a 锅底磨砂系统主电路控制原理

  

图6 b 锅底磨砂系统X轴控制原理

  

图6 c RS232接口连接图

  

图6 d CANopen接口连接图

2.3 设计气路控制图

根据磨底机机构动作原理及气动元器件，设计气路控制图如图7所示。

  

图7 锅底磨砂系统局部气路控制原理

2.4 PLC编程

用户要求设备的各驱动部件在高速运动过程中必须保持平稳，不能出现抖动。因此，本系统采取平衡性的控制设计，机械动力传动和气缸气动平衡有效结合，采用气动平衡装置降低系统传动装置负载，使设备运行更加顺畅、无冲击、稳定性高，并大幅降低系统成本。磨砂系统气动平衡装置如图2所示。

根据以上计算结果，并结合伺服电机的选型手册选定最佳的伺服电机（注：因有一驱动轴采取垂直安装，故选择一款带刹车的伺服电机）。锅底磨砂系统电气元器件清单见表1。

根据锅底磨砂工艺皮带线上料—千叶轮粗打磨—砂带臂精打磨—皮带线下料的要求，以及磨底机机构动作原理，触摸屏与PLC的通信方式采取RS232，PLC与伺服驱动器的通信方式采取CANopen，设计电路原理图如图6a-6d所示。

 

表2 PLC数据处理子程序指令

  

程序步聚 指令 元件000000 LD M1000 000001 DMOV D6380 D6292 000010 LD M1000 000011 DEADD MD6380 K15 D80 000024 DEADD D80 D6384 D6290 000037 LD M1000 000038 DMOV D6386 D6306 000047 LD M1000 000048 DEADD D6292 D6382 D6294 000061 LD M1000 000062 DMOV D6400 D6232 000071 LD M1000 000072 MOV D6000 K4M2100 000077 MOV D6001 K4M2120 000082 MOV D6002 K4M2140 000087 MOV D6003 K4M2160 000092 MOV D6004 K4M2180 000097 MOV D6005 K4M2200 000102 MOV D6006 K4M2220 000107 MOV D6007 K4M2240 000112 MOV D6008 K4M2260 000117 MOV D6009 K4M2280 000122 MOV D6010 K4M2300 000127 MOV D6011 K4M2320 000132 MOV D6012 K4M2340 000137 MOV D6013 K4M2360 000142 MOV D6014 K4M2380 000147 MOV D6015 K4M2400 000152 MOV D6016 K4M2420 000157 MOV D6017 K4M2440 000162 MOV D6018 K4M2460 000167 MOV D6019 K4M2480 000172 LD M1000程序步聚 指令 元件000173 MOV K4M2700 D6250 000178 MOV K4M2720 D6251 000183 MOV K4M2740 D6252 000188 MOV K4M2760 D6253 000193 MOV K4M2780 D6254 000198 MOV K4M2800 D6255 000203 MOV K4M2820 D6256 000208 MOV K4M2840 D6257 000213 MOV K4M2860 D6258 000218 MOV K4M2880 D6259 000223 MOV K4M2900 D6260 000228 MOV K4M2920 D6261 000233 MOV K4M2940 D6262 000238 MOV K4M2960 D6263 000243 MOV K4M2980 D6264 000248 LD M1000 000249 BMOV D3460 D6460 K20 000256 LD M1000 000257 MPS 000258 AND<= D500 K0 000263 OUT M2980 000266 MPD 000267 AND= D500 K1 000272 OUT M2981 000275 MPD 000276 AND>= D500 K2 000281 OUT M2982 000284 MPP 000285 AND>= D500 K3 000290 OUT M2983 000293 LD M2980 000296 OUT M9 000297 END

  

图8 a 系统基本参数设置画面

  

图8 b 系统打磨抛光工艺参数设置画面

 

表3 系统基本参数名称及释义

  

运行参数名称 参数释义 单位开始位置停留时间设置打磨过程中，在圆心停留的时间。 s打磨开始位置 设置打磨开始的X轴绝对位置 mm主轴开始转速 设置打磨过程中，主轴开始的转速。 r/min主轴结束转速 设置打磨过程中，主轴结束的转速。 r/min打磨移动速度 设置打磨过程中，X轴的移动速度。 mm/s打磨开始位置高度设置从治具基板至锅底的高度，打磨时，Z轴下降至此位置。 mm打磨结束位置高度差设置打磨开始与结束的Z轴位置的高度差，打磨结束时比打磨开始时高输入正数，反则输入负数。mm返回高度偏移设置打磨完成后，Z轴上升至当前值加20，加此数值高度打磨轮后退。mm打磨结束位置 设置打磨结束的X轴绝对位置。 mm结束位置停留时间设置打磨过程中，在产品边缘停留的时间。 s砂带移动量 设置打磨完成后，砂带的移动量。 mm程序号 设置打磨程序号，分别有3种打磨程序。程序1次数 设置打磨程序1的循环次数程序3参数设置打磨程序3的参数，点击“程序3参数”，进人“管理员参数设置”画面。百洁布侧打磨次数 设置百洁布侧的打磨次数

 

表4 系统打磨抛光各工艺参数名称及释义

  

工艺参数名称 参数释义 单位左转角度 设置机械臂取料时左转的角度值 °右转角度 设置机械臂放料时右转的角度值 °转动速度 设置机械臂左转或右转时的速度 °/s转轴加速度 设置机械臂左转或右转时的加速度 °/s2转轴减速度 设置机械臂左转或右转时的减速度 °/s2 X轴速度 X轴自动运行时速度 mm/s X轴加速度 X轴自动运行时加速度 mm/s2 X轴减速度 X轴自动运行时减速度 mm/s2 Z轴速度 Z轴自动运行时速度 mm/s Z轴加速度 Z轴自动运行时加速度 mm/s2 Z轴减速度 Z轴自动运行时减速度 mm/s2主轴加速度 主轴在自动运行时加速度 °/s2主轴减速度 主轴在自动运行时减速度 °/s2主轴原点位置偏移主轴回原点后，螺丝孔位没有在垂直与水平方向，设置此处偏移，使主轴回原点后，螺丝孔位在垂直与水平方向。百洁轮加速度 百洁轮在自动运行时加速度 °/s2百洁轮减速度 百洁轮在自动运行时减速度 °/s2

3 磨砂系统工艺参数设计

为适应多规格产品及尺寸变化，令用户既可通过操作系统屏幕进行参数设置，也可通过快捷手动调节装置进行大尺寸的调节，本系统采用参数化操作模式，磨砂进给量、磨砂速度、磨砂行程、磨轮速度、产品转速等关键要素均可通过触摸屏幕进行参数化设置和操作。结合锅底人工磨砂工艺，经过反复测试，我们最终调试出一套完整的磨砂系统工艺参数库。

图8a和图8b分别为系统基本参数设置画面、系统打磨抛光工艺参数设置画面，表3和表4分别为系统基本参数名称及释义、系统打磨抛光各工艺参数名称及释义。

经过反复调试，高效数控多轴柔性机器人锅底磨砂系统实际磨砂效果超出客户的预期需求。如图9是锅底磨砂系统示意图，图10是锅底实际磨砂效果。

  

图9 锅底磨砂系统示意图

  

图10 锅底实际磨砂效果

4 结论

通过试验和生产验证表明，高效数控多轴柔性磨砂系统能使单件生产效率较以前提高4倍以上，产品的不良率降低60%以上，产品生产成本降至通用系统的1/5。在进行打磨作业时，投入单套锅底磨砂系统不仅可将原打磨作业人数减少4人，而且锅底磨砂系统能够24h连续工作，工作时间是工人的3倍，相当于将原打磨作业人数减少12人。该系统投入市场，不仅能改善工人工作环境，减少生产过程中粉尘对工人的健康危害，而且员工在清洁的环境中进行作业，还能提高工作积极性和归属感，为企业制造升级转型提供有效方案。

《中学数学教学大纲》和《中学数学课程标准》对学生的运算能力、逻辑思维、空间想象能力、创新能力、实践能力都提出了要求。如何培养中学生数学中的运算能力、逻辑思维、空间想象能力、实践能力、创新能力呢？我结合新课程改革谈一谈，愿与大家共勉。

高效数控多轴柔性机器人磨砂系统具有高可靠性、高稳定性，打磨锅底纹理清晰、均匀、外形美观，可有效提升锅类制品的市场竞争力。本系统打磨出的产品各项指标已全面超过国外同类产品，其系统的研发在国内属首创，不仅填补了国内运用工业机器人技术处理锅底打磨工艺的技术空白，还打破了国外技术的垄断。高效数控多轴柔性机器人锅底磨砂系统在2012-2014年实现销售收入425万元。

参考文献

[1]陈先锋.伺服控制技术自学手册[M].北京:人民邮电出版社,2010.

[2]薛迎成.PLC与触摸屏控制技术[M]. 北京:中国电力出版社,2008.

[3] 胡尕磊 , 蒋小双 , 李斌 , 等 . 高效数控多轴柔性机器人磨砂系统的研发//顺德区信息化与工业化融合专项资金项目 (LXD121025001). 顺德区经济和科技促进局，2013.