自动化技术可以提升老旧设备的生产能力 自动化 CAA

　　在服务年限已经超过30年的老旧设备上进行合理化改造也可能是值得的.一款1975年出厂的圆磨磨床加装了一个自动化操作站,现在设备已经可以自动工作将近3h.机器人除了服务于装载和卸载作业之外,还可用于内置的测量系统.

　　Unirobot是一种模块化的机床自动化系统。机器人对外圆磨床进行装载和卸载

　　在服务年限已经超过30年的老旧设备上进行合理化改造也可能是值得的。一款1975年出厂的圆磨磨床加装了一个自动化操作站，现在设备已经可以自动工作将近3h。机器人除了服务于装载和卸载作业之外，还可用于内置的测量系统。

　　设备通过采用机器人进行装载和卸载作业，被视为是一种有效的合理化改造手段。但是，对一种于1975年出品的机床进行自动化改造是否值得？私营企业Lerchenmüller Systeme公司敢于进行这样的尝试并在FMB公司订购了一台配备完善的自动化工作站设备。该设备将被用于Lidk?ping 4B型外圆磨床上。合理化改造的效果令人折服，这是因为该企业在此期间还为其新型的Mikrosa Kronos L660机床设备配备了一个Unirobot自动化工作站，从而达到无人操作、三班作业的满负荷作业，由此可以明显加速对设备的大约700000欧元的投资回收。

　　图1 Lerchenmüller Systeme公司Bernbeuren工厂关注于无心式磨削、连贯性磨削、平磨和圆磨

　　拥有大量生产设备的Lerchenmüller Systeme家族公司关注于对100mm以下直径和660mm以下长度的无中心式的磨削和连贯性的磨削作业（4m长度以下）以及平磨和圆磨。除了金属工件之外，也可以精加工塑料、钛和玻璃工件。用户来自各个行业，其年销售量可以达到大约500万件（图1）。

　　机器人延长机床设备有效运行时间

　　用户期待Lerchenmüller公司能够达到良好的问题解决质量、很高的灵活性、严格的供货期限、精细稳定的制造质量和较低的单件制造成本。因此，公司业务必须注重自身制造流程和成本结构的持续优化。　

　　图2 稳定存取8~10个偏心轴的工件存取托盘是两个Unirobot自动化工作站的显著特征

　　深受人们喜爱的技术解决途径便是机床配备机器人，实现自动化。机器人设有一个可储存毛坯件和成品的储库，可以显著提高机床设备的有效运行时间。成功的自动化方案应该对成本核算带来积极的影响。在正常的经济条件下，具有竞争力的工件成本可以吸引用户的订单。

　　在新型机床设备上使用工件搬运自动化技术已经属于正常事情，而且所有的供应商均可提供相应完整的技术方案，但是对于现有的机器设备来说，问题是向机器人工作站进行投资是否值得。FMB Maschinenbaugesellschaft公司的回答是，就自动化而言，并非是设备的新旧和设备的类型，而是其技术状况才是具有决定性影响的。

　　图3 用于Motoman机器人的DX100型便携式可编程装置，具有紧凑、轻型、舒适的特点。

　　磨床自动存取100件偏心轴

　　FMB公司于2010年在Lerchenmüller公司把Unirobot自动化工作站与无心磨床进行联接（图2）。通过所提供的Unirobot自动化工作站，生产成本连续得到改善。磨床有能力自行对100件偏心轴进行存取，由此，所投入的大约80000欧元可以得到偿还。在每个工件为105s循环加工时间的条件下，机床设备可以达到接近3h无人操作的作业状态。

　　长度为356mm、直径为60mm的偏心轴毛坯件通过Motoman机器人被引向10个堆垛托盘上。通过精心码放设计，在400mm×600mm规格的工件托架上，可以安全地存储10件偏心轴。除了对毛坯件进行堆垛之外，机器人还可以把成品件分门别类地放入到托盘上。毛坯件托盘码好后，机器人即把托盘送到存储垛上。这个过程反复进行，直至最底下托盘腾空为止。

　　除了装载和卸载作业之外，机器人还可服务于位于Fuchstal的SMB公司所提供的内置的测量装置。在工作站里，接受加工的偏心轴的长度和直径可以通过动压技术原理，得到微米级的精确测量（图4）。

　

　　图4 两个机器人工作站集成了精密和耐脏的动压测量装置，保证了质量。

　　带有两个托盘垛的小车作为毛坯件和成品件的缓存

　　Lerchenmüller公司首先自行对设备进行自动化改造。在新近所购置的Mikrosa Kronos L660磨床上配备了完善的Unirobot自动化工作站，以实现无人操作的圆磨作业。该磨床三班作业，对注塑系统的590mm×60mm规格的偏心轴进行磨削。每个储存托盘可接受8个工件，储区一次可以存储10个托盘，两个地面工作点之间的传递时间为55s，该自动系统运行大约为74min。

　　第一套Unirobot工作站通过两个由工作区和闸门隔开的工作区间进行托盘垛的存取，而用于Mikrosa磨床上的自动工作站则被用作带有两个托盘垛、对毛坯件和成品件进行缓存的小车。由于有两辆车可供使用，托盘可以得到安全的装载或卸载。在工作站内，更换小车所需的时间不足1min。对于两个无中心式磨床的多班作业，虽然每班仍需要一名操作人员跟班，但是，该操作人员却有充足的时间去为下一个客户准备出所需加工的工件。

　　新自动化技术保障安全优先

　　作者：JÖRG NIERMANN文章来源：MM《新自动化》 发布时间：2012-05-24

　　图1  自舞台技术实施现代化改造以来，杜伊斯堡剧院现在主要使用固定安装的配有2×22"触摸屏的Opencue控制台

　　杜伊斯堡剧院舞台所用的技术已有很长时间，所以该剧院决定在幕后安装新的电动设备驱动后台机构。用于控制100台以上驱动装置的新自动化技术，如今可满足符合SIL 3的安全要求。

　　牵引装置、杠杆系统以及其他久经考验的机械装置和大部分使用已久的减速马达虽然仍在继续工作，但控制采用的是自动化行业专业公司Unican的新型系统。这种使用性能极好的成套方案达到了SIL 3的安全要求。它包括HMI操作台、功能强大的软件和许多配有现代化轴线控制器的成套开关柜，以及数十个采用新型变频器的驱动单元。

　　在歌剧院和舞剧院中，手工操作的探照灯、幕布和舞台器械已很少使用。如今，全套的自动化技术以及大量的驱动单元，负责在演出过程中的适当时间为舞台搬运更换布景时所用到的厚重幕布，随时将聚光灯更换到适当的位置，或者使音像设备精确协调地运行。Neusser Unican GmbH公司是各类舞台的全面自动化方案、操作方案和控制方案的重要制造厂家之一。

　　有了同名软件的Opencue，歌剧院、舞剧院、会议中心和类似机构便有了一整套系统，它们既可以带有固定安装的操作平台，也可以选配便携式操作台。HMI设备可以经过其图形界面顺畅地进行操作，可随时监控，也可对舞台上部机构和下部机构中多达240个驱动装置进行灵活的演示编程。

　　安全措施保障了员工的人身安全

　　在歌剧舞剧院里，许多牵引装置以及其他设备在实际运作上都不可避免地贴近演员和技术人员，且距观众也并不远。由于同时还要搬运重物，更增加了潜在的危险性。为了避免发生严重的事故，安全措施成为不可推卸的责任。在大多数情况下，必须保证与安全相关的电动部件符合EN 61508中的SIL 3综合安全水平。

　　这项要求也适用于杜伊斯堡剧院里新安装的系统。舞台的现代化改造需要上部机构的74部驱动装置，首先是驱动舞台空间上部绳索牵引和链条牵引的驱动装置，另外还有总共6个舞台和下部机构倾斜底座的39台驱动装置。

　　图2  安全可靠的现代控制方案包括用于剧院上部和下部设备100多台驱动装置中每一台驱动装置的成套开关柜

　　控制台也以触摸屏或键盘的形式进行操控

　　Unican为新的控制方案安装了3个控制台，其中两台配备了2×22"的显示屏（图1），另一台配置了19"的控制盘。显示器既可以立式安装，也可以平躺式放置在控制盘操作。输入既可以用触摸屏直接进行，也可以用内置于相应铝制底座中的键盘进行，键盘配有背景光照的特殊按键，两个操作棒和一个跟踪球。底座采用移动式设计，以备可能发生的地点变化。作为固定位置的补充，还提供了一套配有12"触摸屏的便携式HMI。

　　不过，系统的最大部分还是100多台驱动装置的成套开关柜（图2）。每一个开关柜里都使用了一台ICU型轴向计算机。这种智能电子单元工作时不依赖所连接的驱动装置，因而除了电驱动方案之外，原则上也适应液压驱动和气动方案。控制器提供双重CAN接口，支持CAN-Open，还为SSI-Encoder配有两个输入端口，并配有一个内置的紧急停车继电器。对于SIL 3的应用，Unican提供的轴线计算机是双通道结构。

　　变频器系列开关柜可以接入控制方案

　　在杜伊斯堡剧院里，轴向计算机控制电动机。为此，在100多台成套的开关柜中，每一台都安装了Nord Drivesystems公司的SK 535E型变频器（图3）。对于舞台驱动来说，可靠的大功率电子装置市场情况很好，这种电子装置可以纳入到Unican全面系统方案的安全方案里，而且它是具有令人信服的性能价格比的一种合适的功能配置。Nord当前的这种变频器系列开关柜对此适用。

　　图3  每座开关柜里都装有一台Unican轴向计算机（左下）和一台Nord Drivesystems公司的SK 535E型变频器（右上）

　　SK 500E系列的所有变频器均标配内置制动管理、制动断路器、电网滤波器以及无传感器的电流矢量调节装置。该系列的基本类型配有5个可参数化的控制输入端、两个模拟输入端、一个模拟输出端和两个继电器输出端，提供了灵活多样的连接备选方案。该系列目前配备的电动机额定功率达37kW，从该系列中为杜伊斯堡剧院选出的是SK 535E系列中的机器，结构规格为5和6，功率为11kW或22kW。除上述基本配置之外，这种型号还分别配有两个额外的数字输入输出通道以及一个用于转数和扭矩调节的TTL输入端。SK 535E系列支持EN 954-1或者EN 13849-1（最大安全类别为4，停车类别为0和1）规定的“安全停车”功能，并配备有直接内置于电路板上的CAN-Open接口。

　　除此之外，配置范围还包括Posicon模块，该模块提供性能强大的定位控制功能。此外SK 535E的控制卡还可以选用24V的外部电源供电。切断功率电源后，亦可对参数数据和总线接口进行调用，这样就提高了在线的可使用性，还可以进行诸如电梯疏散运行等特殊应用。

　　采用控制100多部上部机构和下部机构驱动装置的新型自动化技术，杜伊斯堡剧院就有了一套满足SIL 3安全要求的系统解决方案，有了一套适用的现代操作装置，并可利用触摸屏对全部设想进行编程。电气设备的核心组成部分是用于舞台驱动的成套开关柜，它们把部分仍在使用的电动机通过新型变频器和智能轴使计算机从功能上可靠地连接到现代控制系统上。

　　自动化技术将成机床制造业转型关键

　　机床工具产品自动化程度的高低,对机床的速度,精度等性能有着至关重要的影响,也成为了区分机床档次的一个重要因素.据了解认为,先进的自动化技术与产品,无疑将成为机床制造业转型所寻求的重要方向,其发展潜力在这种变化中必将得到凸显.

　　机床工具产品自动化程度的高低，对机床的速度、精度等性能有着至关重要的影响，也成为了区分机床档次的一个重要因素。据了解认为，先进的自动化技术与产品，无疑将成为机床制造业转型所寻求的重要方向，其发展潜力在这种变化中必将得到凸显。

　　在机床产品，尤其是高端机床产品中，自动化技术与产品几乎作用于从控制机构、执行机构到测量与反馈机构的各个部分，而目前这些应用于机床及机床生产线的各种自动化产品，几乎都在发生着推陈出新的变革。作为中高端机床的控制中心，数控系统包含了运动控制、智能技术、自诊断等多方面的技术，多轴多系统的数控装置已纷纷被研发出来并投入应用;伺服系统的控制方式，也逐渐由常规信号型向总线型过渡;伺服驱动器和电机也同样向数字化、交流化和智能化的方向不断发展。

　　在这方面，很多前沿的自动化技术趋势也纷纷展现出来。例如直线电机、力矩电机的应用就是一个很好的例子。马扎克、森精机大部分规格的龙门式导轨已经不再采用滚动导轨，而改用直线电机，thk的直线电机在3000n负荷下，已经能达到720m/min的速度，这不能不说是一个突破。而力矩电机以前只能用在小规格机床上，现在已经可以应用于越来越大规格的机床。以上这些技术的成熟，也在不断地促进着机床性能的提升。