隨著勞動力成本的不斷上漲以及自動化技術的高度發展，眾多制造企業將目光投向了無人車間。目前，工業機器人已經廣泛應用于各個領域，如汽車及其零部件制造、機械加工、電子、橡塑、食品工業、木材與家具制造等行業，這使得“車間無人”不再是空想。但是，無人車間的成功運行還有賴于控制系統，就像人的大腦一樣，控制系統決定著無人車間的生產質量和生產效率。

     對于制造業而言，無人車間的靈魂就是數控系統。對此，臺達為客戶提供了高可靠度的NC300數控系統，該系統采用DMCNET總線控制，提高了系統的穩定性和高速通訊傳輸能力，為無人車間的實現提供了整體解決方案。

1  項目背景

     目前，國內很多制造企業存在設備自動化程度低以及部分設備逐漸老化的問題，這直接導致了企業生產效率低、產品廢品率高，與此同時，人工在PPI（生產者物價指數）方面所占的比例越來越大，使得工廠利潤不斷被壓縮。面對這些挑戰，轉型升級是制造企業的唯一出路，而創新才是企業可持續發展的重中之重。未來，企業還需進一步調整生產結構，減少人工參與，優化廠區管理，提高生產效率。所以，自動化生產線是未來機械制造企業的必然選擇。

     青島某機械制造有限公司主要研制、開發、生產各種型號的摩托車曲軸、壓縮機曲軸、園林機械曲軸等各種軸類部件，年生產能力達300萬套（件），產品質量和生產規模位居行業前列。該公司為早期國企改制單位，隨著訂單的增多，陳舊的設備已不能滿足生產需求。但是，在生產線成本的嚴格控制下，高價的進口設備被拒之門外。經多方考慮，該公司決定在自動化生產線上的加工中心、鉆攻機、數控銑設備中引入臺達高性價比產品——NC300數控系統。

2  臺達系統特點

     臺達全新的泛用型CNC控制器，、采用了高性價比的嵌入式硬件設計，實現了低耗能、減少溫升、增加系統穩定性的目的；另外，搭配臺達專用伺服和主軸，及新一代通訊網絡DMCNET（Delta Motion Control Network）進行高速數據傳輸及控制；整合高速/高運算精度晶片，擁有架構即時分工的多控制核心，包括人機操作界面核心、運動控制核心、程序控制核心三大核心，由各自的高速運算器進行處理，可以提升控制器的處理效能，滿足高速、高精的機械切削加工要求。

圖1系統架構

      此外，該系統抗噪聲能力佳，省配線，節約裝機時間；可以實現高速、高分辨率的伺服控制；還可以發送及回授高精度命令，避免傳統高速脈波命令遺失問題；伺服參數管理簡便，方便調機；彈性大、可靠度高；可以實現實時多軸同步控制。系統搭配臺達ECMC高精度伺服馬達、20-bit等級（1280000P/rev）編碼器，提升了定位精度與低速運轉穩定度。

圖2 產品組合示意圖

3  生產流程

     工人將毛坯送到車間門口，通過碼垛機將毛坯搬運到送料車上，送料車根據總機呼叫進入到放料區域，再通過碼垛機把料盤送到旋轉傳送帶上。

     第一臺機器人從傳送帶取出毛坯將其放置到第一臺數控設備內進行加工，完畢后機器人將材料取出，同時放入未加工產品，把第一道工序加工完的產品放入自動測量儀上進行測量，合格產品放入下一工序，不合格產品被放入不合格區，同時，測量儀將測量結果告知數控機床，進行磨耗誤差補償。后續加工按此流程進行一一傳送。

     當總機通知進行產品清空時，機器人把設備加工完的產品全部取出到料道中，并告知機床加工終止，機器人進入休眠狀態。

     整個生產流程分為兩個單元完成，第一單元完成初加工，第二單元完成深加工，便于設備維護以及新產品調試。

圖3 系統配置

4  項目實施

     該項目中，臺達NC300數控系統分別布置在以下機床中：

     鉆攻機床1號機的加工任務是鉆孔，兩邊工作臺加工不同產品。加工中心2號機的加工任務是分度鉆孔；銑床3號機的加工任務銑鍵槽，左工序；銑床4號機的加工任務是銑鍵槽，右工序；加工中心5號機的加工任務是鉆軸向孔；加工中心6號機的加工任務是鉆盤面孔；加工中心7號機的加工任務是鉆盤面孔。每一臺機床都配置了臺達NC300A-MS-A分體數控系統和8寸彩色液晶顯示屏，并搭配遠程IO單元和ASD-A2系列伺服及ASD-S系列主伺服。 項目的實施過程中，臺達的數控系統起到了極為重要的作用。首先，根據生產線的邏輯流程規劃，臺達NC300數控系統通過PLC邏輯編程，實現了機器人與總機之間的信號交換，可實時反饋系統的加工狀態和產品的加工數據，便于總機統一管理。其次，臺達通過強大的A2伺服直接輸出模擬電壓，并將數據傳送到總機，工程師可以根據需要了解機床的運行數據，如數控系統主軸轉速和進給速度等。

     刀具的工作狀態直接影響加工精度及產品質量。所以，加工時，刀具的管理至關重要。臺達NC300數控系統通過二次開發界面，為客戶定制了刀具壽命管理及斷刀保護功能，使客戶及時地了解刀具的使用狀態。

     臺達的數控系統進一步優化了PLC設計，設置了一系列安全保護功能，確保生產線可以安全可靠生產。而對于加工程序處理，臺達通過ETHERNET網絡由總機統一管理。

     此外，臺達數控系統通過自帶的伺服自動調整功能，以及有效的增益調整工具，對機床性能及加工產品的光潔度進行控制，使其達到最佳控制特性，同時，求取控制回路中慣量數值、帶寬和增益值，將相關的增益參數自動算出并且傳入伺服放大器中，使伺服系統發揮最大效能，并通過共振抑制功能，對機臺產品的共振點進行自動捕捉濾波處理，使機臺運行更加平穩。

     數控系統的實時監控功能和方便維護的特性在生產線的運行中也是非常重要的。快速的維護可減少生產線停機時間，減少停機帶來的損失；通過系統監視功能，工程師可隨時查看伺服運行狀況及負載情況；系統的診斷功能可對外部控制動作進行診斷判別，方便工程師快速查找故障問題。

圖4 電柜箱I/O布局

5  結束語

     在該項目中，工業機器人替代了高強度的人工操作，而高性能的控制系統使無人車間成為了現實，這樣不僅簡化了生產結構，企業還通過自動化的管理流程，將生產效率大幅提高。臺達以高性價比的CNC產品贏得該生產線所用的多套數控系統訂單，產品運行的穩定性得到了客戶的認可，同時，臺達CNC總線式控制、系統的高速響應等特點在自動化生產線上得到了驗證。

作者簡介：

陳學昂，男，1985年出生，畢業于濰坊職業學院數控技術及應用專業，工程師職稱，目前在中達電通股份有限公司機床行業處擔任數控技術支持與推廣。