机器视觉运动控制一体机VPLC532E在汽车胶带缠绕的开放式CNC应用

科技 2024-08-19 07:00 广东

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市场应用背景

在汽车线束和零配件中，胶带缠绕是一种常见且重要的加工工艺，主要用于线束/零配件的捆扎、固定、绝缘保护等应用。在缠绕头控制下，胶带均匀缠绕在汽车线束/零配件表面，完成缠绕后，系统自动执行切割。汽车线束胶带缠绕方式主要包括以下三种：

随着汽车工业的快速发展，不同功能部位对线束和零配件的要求日益严格，这对胶带缠绕工艺提出了更高的标准。传统的人工缠胶或直线缠胶机在应对复杂的缠绕结构和多样化的缠绕需求时表现欠佳，难以有效提升企业的产量、效率和质量。

为了解决这些挑战，数控系统逐渐被引入到汽车胶带缠绕机中，通过CNC数控指令控制，实现对绕线、缠绕头、胶带等起始缠绕位置等动作控制，确保胶带缠绕工作高效、缠绕均匀，并能够长时间无间断运行。

传统缠绕方案存在的局限性:

传统胶带缠绕解决方案是采用人工或直线缠胶机的方式进行缠绕。

手动缠绕：主要依赖工人手动操作，工人手持绕线工具将胶带缠绕在线束或零配件上，适用于小批量生产，但由于精度低、工作强度大、效率低，在大规模生产中逐渐被淘汰。
直线缠胶机：通过一个固定的轴将胶带以直线方式缠绕在线束或零配件上。缠绕头通常只能沿单一方向移动，适合于简单、规则形状的缠绕任务。虽然自动化程度较高，但在处理存在较多弯折处产品或需要多样化缠绕模式时表现有限。

正运动技术解决方案:

正运动针对现有市场需求，开发了一种基于VPLC532E汽车胶带缠绕的开放式CNC应用解决方案，能够实现产品在弯角处的缠绕平顺过渡，并通过产品轨迹的示教，自动生成不同规格产品的缠绕参数。

支持设置不同的叠包率，通过控制主轴转速和进给速度，可以执行多种缠绕方式。产品进行弯角处的缠绕时，在叠包率不变的情况下，系统能够根据输入的料带宽度和进给速度自适应调整缠绕参数，从而灵活适应不同规格和形状的产品，提高生产效率，满足用户大批量和小批量生产的需求。

支持速度前瞻和圆弧插补等功能，确保拐角处的运动轨迹平滑，优化主轴转速和进给速度，以提高产品品质和产能，规避传统缠胶工艺中存在的问题。系统还支持在原有基础上进行二次开发，允许定制个性化界面和自行扩展M代码。

VPLC532E在汽车胶带缠绕的开放式CNC应用

▶ 汽车胶带缠绕运行视频 ◀

传统的汽车胶带缠绕方案

批量生产节拍根据不上企业生产需求
对弯折处较多的产品，只能人工加工

正运动汽车胶带缠绕开放式CNC方案设计

24DI：接原点、限位等传感器，以及开关信号等；
12DO：高速输出口接气缸等；
EtherCAT接口：接EtherCAT总线驱动器，控制Y轴双驱动龙门，以及其他5轴；
LAN1接口：千兆网口，接ZHD500X手持盒方便示教轨迹示教；
6路差分脉冲轴接口：可接步进/脉冲驱动器。

运动控制实现过程

通过预先示教的胶带缠绕路径，进行点到点运动控制。在弯折处，系统通过降低主轴转速和各轴的加工速度，以及设定合理的示教点位，使用圆弧插补实现弯折处平滑的缠绕加工。

当缠绕头到达起始点上方和起始点，通过NC文件中的M0暂停指令使系统暂停，等待人工完成上料和贴胶操作。在加工过程中，系统根据X轴的实时运动位置，来控制夹爪的开合和气缸的升降动作。

加工结束后，系统可根据扩展指令，实现单轴回零或多轴分段回零，等待人工下料。

汽车胶带缠绕示教工艺流程

▌设定参数

输入进给速度、叠包率和料带宽度后，点击【更新参数】，系统会自动将参数生成到NC文件的前两行中。

▌轨迹示教

移动到起始点上方，点击【插入节点】进行轨迹示教，系统会自动插入一行G01指令。

▌插入暂停

点击【插入暂停】，系统将自动插入一行M0暂停指令，方便人工进行上料操作。

▌主轴启动

移动到起始点，点击【主轴启动】，系统会生成M0暂停指令和M03主轴启动指令，方便人工操作胶带。

▌拐角速度调整

当移动到拐角前方时，可点击【速度设置】修改拐角处的主轴速度和进给速度，以优化缠绕质量。

▌示教结束

示教完成后，点击【结束示教】，系统将自动保存NC文件，并插入M30停止指令。

▌单段运行验证

点击【下一步】，系统将从当前光标所在的行号开始单段运行，方便进行逐步验证。

▌缠绕效果优化

拐弯处的缠胶效果可通过调整轴位置，点击【更新坐标值】来修改NC文件中的点位坐标，也可通过修改速度设置来更新拐角处的主轴速度和进给速度，以实现最佳缠绕效果。

方案核心优势

标准数控系统：采用国际标准CNC编程，实现高精度的五轴联动加工；
方便自主开发：厂商可以在现有架构上进行二次开发，打造自定义风格的界面和功能；
生产效率提升：缠胶过程中无需等待气缸动作的触发，弯折处的加工通过系统插补完成，减少了生产停顿时间，提高了整体效率；
示教流程简单：一键插入式教导功能，方便NC文件的编辑，随时对轨迹进行优化调整；
自动化缠绕：数控胶带缠绕系统让缠绕过程的自动化，减少人为干预，确保胶带缠绕均匀准确；
减少材料浪费：精准缠绕最大限度地减少材料浪费，优化资源利用率；
适用于大批量生产：减少对人工操作的依赖，节省时间、人力和成本，适合大批量生产需求。

解决方案硬件配置

产品类型	产品型号	厂家	数量
机器视觉运动控制一体机	VPLC532E-8-CNC-HAND	正运动	1
纯国产IDE开发环境	RTSys	正运动	1
手持示教盒	ZHD500X	-	1
总线伺服驱动+电机	-	-	7
总线扩展模块	ZMIO310	正运动	1
其它配置	-	-	-

开放式标准CNC数控系统介绍

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开放式标准CNC数控系统是一种基于国际标准的CNC数控编程平台，由正运动公司基于其十年积累的数控技术、CAM技术和运动控制技术打造的。该系统广泛应用于各种数控加工设备中，结合了开放式架构的灵活性与标准化编程的稳定性，能够满足复杂数控加工任务。系统支持多轴联动控制，特别适用于复杂形状零件的加工和自动化生产线的控制。

该系统旨在为有数控开发需求的用户提供一个功能强大的软硬件平台，降低用户在数控开发中的难度和开发周期，减少客户项目的风险，并提升开发效率。

开放式标准CNC数控系统功能介绍

CNC

全自主研发的数控内核，国际标准CNC编程，支持中英文界面切换。

RTHMI

全自主研发的图形化界面组态软件功能模块，开发平台内置完整的数控HMI界面，方便用户快速开发。

RTCAD

全自主研发的CAD图形CAM转化功能模块，读取CAD图转换成加工G代码。

RTVision

全自主研发的视觉功能模块，测量、纠偏、读取条形码二维码信息，于EMS对接。

基于VPLC532E开放式数控系统在五轴义齿机上的应用

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