數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

李凡國(guó) 王金參 孫玉新 閆思江

摘要

近年來(lái)，我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展，使數(shù)控機(jī)床廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域中，從而大大提高工業(yè)生產(chǎn)效率。與此同時(shí)，將數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、立體倉(cāng)庫(kù)、RFID技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)等現(xiàn)代化信息技術(shù)進(jìn)行一體化結(jié)合，以此應(yīng)用于工件的自動(dòng)裝卸中，能夠有效替代傳統(tǒng)的人工上下料模式，進(jìn)而大幅節(jié)省人力資源成本的同時(shí)，也能坦步滿(mǎn)足大批量、快速加工的生產(chǎn)需要。鑒于此，本文便對(duì)數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的研究。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控機(jī)床 上下料機(jī)器人 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

18世紀(jì)末期，機(jī)械生產(chǎn)技術(shù)開(kāi)始被應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，歷經(jīng)幾個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用機(jī)械生產(chǎn)技術(shù)來(lái)進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)，從而使人逐漸從繁重的工業(yè)生產(chǎn)中得以解脫出來(lái)。21世紀(jì)，在互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代化信息技術(shù)的帶動(dòng)下，工業(yè)領(lǐng)域迎來(lái)了第四次技術(shù)革命，這也標(biāo)志著工業(yè)4 0時(shí)代的來(lái)臨。在此背景下，我國(guó)明確了2025年我國(guó)制造的發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，其中便包括了應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人來(lái)制造高端產(chǎn)品，這也使工業(yè)機(jī)器人成為工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展的一個(gè)新亮點(diǎn)。在數(shù)控加工設(shè)備中，通過(guò)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用，以此研發(fā)出智能化的數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)器人系統(tǒng)，能夠大大提高工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率，這也使越來(lái)越多的人開(kāi)始關(guān)注工業(yè)機(jī)器人與數(shù)據(jù)機(jī)床的融合，這也使數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)器人結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)成為一大熱門(mén)研究課題。

1數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)器人上位機(jī)及上下料流程的設(shè)計(jì)

1.1數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)器人上位機(jī)的設(shè)計(jì)

根據(jù)我國(guó)提出的2025年中國(guó)制造的相關(guān)要求，本文研發(fā)出一款將數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、立體倉(cāng)庫(kù)、RFID技術(shù)以及檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行一體化結(jié)合的智能化上下料系統(tǒng)，該數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)器人能夠自主完成鏜削、車(chē)削、鉆削和銑削等多種復(fù)雜工序，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜零件的加工。其不僅能夠簡(jiǎn)化計(jì)劃調(diào)度與生產(chǎn)管理，使上下料環(huán)節(jié)的速度大幅提高，還能合理管控產(chǎn)品的加工質(zhì)量。除此之外，通過(guò)MES系統(tǒng)的工單下達(dá)與加工任務(wù)排程來(lái)對(duì)零部件進(jìn)行智能化的加工與生產(chǎn)管控，數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)器人還能對(duì)加工零件進(jìn)行指定尺寸的在線實(shí)時(shí)檢測(cè)，并通過(guò)MES系統(tǒng)的輔助來(lái)管理零部件的質(zhì)量以及工藝優(yōu)化。根據(jù)以上研究?jī)?nèi)容，本文采用HSR-JR612型六自由度的工業(yè)機(jī)器人，并將其與CDCK-20A型數(shù)控機(jī)床進(jìn)行結(jié)合，同時(shí)還應(yīng)用了立體倉(cāng)庫(kù)、RFID技術(shù)和信息檢測(cè)技術(shù)，以此研發(fā)出能夠進(jìn)行自動(dòng)上下料操作的智能化工業(yè)機(jī)器人，并由自動(dòng)門(mén)來(lái)替代數(shù)控機(jī)床中原有的防護(hù)門(mén)。

1.2數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)器人工作流程的設(shè)計(jì)

在數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)器人中，其工作流程的設(shè)計(jì)具體如下：首先利用MES系統(tǒng)向數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)器人下達(dá)工單與加工任務(wù)，在上料時(shí)，由數(shù)控機(jī)床確定安全點(diǎn)，并由數(shù)控機(jī)床驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的一側(cè)手抓來(lái)抓取待加工的工件，此時(shí)數(shù)控機(jī)床的防護(hù)門(mén)會(huì)開(kāi)啟，并將機(jī)床液壓卡盤(pán)松開(kāi)，機(jī)器人在放料后加緊卡盤(pán)，然后數(shù)控機(jī)床的防護(hù)門(mén)會(huì)關(guān)閉，機(jī)器人則自動(dòng)返回至安全點(diǎn)，從而完成整個(gè)上料過(guò)程。在下料時(shí)，機(jī)器人的一側(cè)手爪會(huì)抓取待加工工件，數(shù)控機(jī)床的防護(hù)門(mén)開(kāi)啟，手爪在抓取到加工完成工件后，液壓卡盤(pán)會(huì)自動(dòng)松開(kāi)，此時(shí)機(jī)器人會(huì)自動(dòng)調(diào)整姿態(tài)，并將抓取到的加工工件放到卡盤(pán)中，然后卡盤(pán)加緊，最后機(jī)器人返回到安全點(diǎn)中，從而完成整個(gè)下料過(guò)程。

2數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)施

2.1防護(hù)門(mén)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)器人工作中，考慮到防護(hù)門(mén)可能會(huì)存在關(guān)閉不嚴(yán)或沒(méi)有關(guān)閉等現(xiàn)象，因此需要將其防護(hù)門(mén)進(jìn)行改裝，使其成為自動(dòng)門(mén)。在改裝過(guò)程中，自動(dòng)門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉必須動(dòng)作迅速，而且維護(hù)要簡(jiǎn)單，具備較高的可靠性，因此需要在自動(dòng)門(mén)中設(shè)置一個(gè)氣缸，由氣壓來(lái)傳動(dòng)控制自動(dòng)門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉，利用三位五通雙控電磁換向閥來(lái)對(duì)氣缸進(jìn)行控制，并設(shè)置節(jié)流閥來(lái)對(duì)自動(dòng)門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉速度進(jìn)行控制。除此之外，還要通過(guò)磁性開(kāi)關(guān)的安裝來(lái)對(duì)自動(dòng)門(mén)的開(kāi)關(guān)進(jìn)行限位，同時(shí)通過(guò)繼電器來(lái)發(fā)送自動(dòng)門(mén)的輸入輸出信號(hào)，由MES系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)門(mén)的到位檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行接收，并控制繼電器做出相應(yīng)的反應(yīng)。

2.2系統(tǒng)控制及通訊的設(shè)計(jì)

在數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)器人中，其控制系統(tǒng)主要是通過(guò)MES來(lái)完成的，同時(shí)MES系統(tǒng)還具備通訊功能，其通訊模式采用快速I(mǎi)/O模式。在硬件上，利用屏蔽信號(hào)電纜來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床之間的端子連接，并在端子中并聯(lián)相應(yīng)的繼電器來(lái)達(dá)到控制液壓卡盤(pán)的目的。

2.3部件監(jiān)測(cè)及在線測(cè)量的設(shè)計(jì)

在數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)器人中，對(duì)數(shù)控機(jī)床等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，是利用MES系統(tǒng)中的設(shè)備層來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并通過(guò)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)對(duì)工件的擺放位置等信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，然后將信號(hào)反饋給機(jī)器人，機(jī)器人通過(guò)調(diào)整位置姿態(tài)來(lái)對(duì)工件進(jìn)行抓取。最后，在智能化系統(tǒng)中還應(yīng)用了RFID系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)工件電子標(biāo)簽信息的掃描，來(lái)對(duì)加工工件的尺寸進(jìn)行在線測(cè)量，并按照相應(yīng)的尺寸信息來(lái)對(duì)工件進(jìn)行銑削、鉆銷(xiāo)等加工操作。

3結(jié)語(yǔ)

總而言之，將工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床進(jìn)行結(jié)合起來(lái)，能夠大幅提高上下料效率，保障了工件的加工質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的一體化控制，進(jìn)一步推動(dòng)了我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展

參考文獻(xiàn)

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