基于數(shù)控機(jī)床(CNC)半自動(dòng)線的工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)

楊金鵬

(四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川廣元628017)

0 前言

采用工業(yè)機(jī)器人，替代機(jī)床操作工，實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)抓取、上料、下料、工件翻轉(zhuǎn)、工件轉(zhuǎn)序等工作，不僅能夠極大地節(jié)省人工成本，更重要的是能夠保持產(chǎn)品加工的一致性，提高工效。上下料機(jī)器人系統(tǒng)集成，是把機(jī)器人制造商提供的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)機(jī)器人通過二次技術(shù)開發(fā)，配置各種非標(biāo)外圍設(shè)備，實(shí)現(xiàn)加工中心、數(shù)控車床、數(shù)控磨床、沖床、剪板機(jī)、折彎機(jī)、鑄造鍛造等機(jī)床設(shè)備的自動(dòng)化加工。

本文作者采用某公司的工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)上下料技術(shù)，研究把工業(yè)機(jī)器人上下料技術(shù)及數(shù)控加工中心有機(jī)地組合起來，實(shí)現(xiàn)模塊化自動(dòng)上下料柔性制造單元，達(dá)到集成化、高精度、高效率的效果。

1 CNC 半自動(dòng)線現(xiàn)場布局設(shè)計(jì)

CNC 半自動(dòng)線的組成主要由CNC 機(jī)床、機(jī)器人、和料架等組成。在現(xiàn)場的布局狀況如圖1 所示。

圖1 機(jī)器人與數(shù)控加工中心現(xiàn)場布局圖

2 半自動(dòng)線機(jī)器人工作流程設(shè)計(jì)

半自動(dòng)線機(jī)器人工作流程設(shè)計(jì)如圖2 所示。

圖2 半自動(dòng)線機(jī)器人工作流程

3 機(jī)器人點(diǎn)位設(shè)計(jì)

CNC 內(nèi)治具、料臺(tái)、機(jī)器人間由于固定及治具安裝有偏差，需要在取放料區(qū)域使用不同的工作(WORK) 坐標(biāo)系，CNCA使用工作坐標(biāo) 1(WORK1)，CNCB 使用工作坐標(biāo)2 (WORK2)，料臺(tái)使用工作坐標(biāo)3 (WORK3)，點(diǎn)位分布如圖3所示。

圖3 機(jī)器人點(diǎn)位分布

在自動(dòng)運(yùn)行前，需要按照?qǐng)D3 中點(diǎn)位要求將點(diǎn)位示教，就可以且保存在自動(dòng)運(yùn)行的程序數(shù)據(jù)庫中。

4 CNC 半自動(dòng)線與機(jī)器人信號(hào)設(shè)計(jì)

為了更好地協(xié)調(diào)機(jī)器人與數(shù)控加工中心的工作，要建立機(jī)器人和機(jī)床之間安全可靠的通訊機(jī)制。采用快速I/O 的通訊模式。在硬件方面，通過屏蔽信號(hào)電纜將兩者之間的PLC 處理器中相應(yīng)的輸入與輸出點(diǎn)進(jìn)行連接，屏蔽電纜可以保證信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。軟件方面，通過FOXBOT 機(jī)器人專用應(yīng)用軟件，根據(jù)采集機(jī)床和機(jī)器人當(dāng)前狀態(tài)，編寫相應(yīng)的符合上下料邏輯的控制程序，最終達(dá)到數(shù)控機(jī)床與機(jī)器人的有效通訊，從而實(shí)現(xiàn)模塊化自動(dòng)上下料柔性制造系統(tǒng)單元安全高效運(yùn)行。信號(hào)分配如表1 所示，信號(hào)接線圖如圖4所示。

表1 信號(hào)分配表

圖4 信號(hào)接線圖

圖4 中KA1EC、KA2EC-A 和KA2EC-B 為中間繼電器，選用MY2NJ 型。KA1EC 安裝在Robot 電控箱內(nèi);KA2EC-A 和KA2EC-B 分別安裝在CNCA 和CNCB 機(jī)室內(nèi)KA2EC-A 和KA2EC-B 常開觸點(diǎn)分別串接到CNCA，B 機(jī)室啟動(dòng)按鈕上。EMG1 與EMG 為電控箱內(nèi)外接急停端子，需將該信號(hào)端子原短接片取掉。

5 半自動(dòng)線機(jī)器人過程控制

機(jī)器人執(zhí)行各種動(dòng)作所應(yīng)具備的條件:

(1)機(jī)器人取料:當(dāng)取料和放料手爪都沒料，此時(shí)呼叫取料子程序。

(2)機(jī)器人放料:當(dāng)取料手爪沒料，放料手爪有料時(shí)，此時(shí)呼叫放料子程序。

If Not (GetInp (pD，8))and (GetInp (pD，9))Then'沒素材，需取素材

Call Takematerial

End If

注釋:InPD8 取料手爪傳感器InPD9 放料手爪傳感器

(3)機(jī)器人進(jìn)CNCA 機(jī)臺(tái):當(dāng)機(jī)器人取料手爪有料、放料手爪沒料、CNCA 門開到位、CNCA 準(zhǔn)備好、自動(dòng)正常，這些所有信號(hào)滿足之后，此時(shí)呼叫進(jìn)CNCA 子程序。

If GetInp (PB，8)And GetInp (PB，1)And Get-Inp (PD，8)And GetInp (PB，0)And Not GetInp(PD，9)And GetInp (PB，12)Then

InoutcncA

End If

注釋:InPB8 CNCA 準(zhǔn)備好InPB1 CNCA 門開到位InPD8 取料手爪傳感器

InPD9 放料手爪傳感器InPB0 CNCA 手/自動(dòng)In-PB12 CNCA 正常自動(dòng)

(4)機(jī)器人進(jìn)CNCB 機(jī)臺(tái):當(dāng)機(jī)器人取料手爪有料、放料手爪沒料、CNCB 門開到位、CNCB 準(zhǔn)備好、自動(dòng)正常，這些所有信號(hào)滿足之后，此時(shí)呼叫進(jìn)CNCB 子程序。

If GetInp (PB，9)And GetInp (PB，2)And Get-Inp (PD，8)And GetInp (PB，3)And Not GetInp(PD，9)And GetInp (PB，13)Then

InoutcncB

End If

注釋:InPB9 CNCB 準(zhǔn)備好InPB2 CNCB 門開到位InPD8 取料手爪傳感器

InPD9 放料手爪傳感器InPB3 CNCB 手/自動(dòng)In-PB13 CNCB 正常自動(dòng)

6 結(jié)束語

在未使用工業(yè)機(jī)器人，操作員為CNC 更換產(chǎn)品，人的工作包括:開CNC 門→吹干凈鐵屑及切削液→拿成品→吹干凈鐵屑及切削液→放素材→合夾關(guān)門并啟動(dòng)CNC，產(chǎn)品及素材放在CNC 前的料臺(tái)上，物流員推小車為料臺(tái)送素材和取走加工后產(chǎn)品。使用工業(yè)機(jī)器人為CNC 換料、吹氣、合夾、啟動(dòng)CNC 等工作均由機(jī)器人完成，物流員只需要為機(jī)器人專用料臺(tái)送素材及取走加工后產(chǎn)品即可。通過由機(jī)器人代替人工取放料的工作，不僅能夠極大地節(jié)省人工成本，更重要的是能夠保持產(chǎn)品加工的一致性，提高工效。

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