基于工業(yè)機器人自動生產線設計探究

吳宏輝

摘 要 目前，中國的制造水平還處在工業(yè) 2.0 與 3.0 之間，正從采用電力驅動的機械體系向應用電子信息技術來提高生產的自動化水平方向發(fā)展。傳統(tǒng)的手工操作已經不再適應現(xiàn)代化企業(yè)的發(fā)展，由于工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)動態(tài)響應快，位置精度高，過載能力強，因此非常適用于機械零件的生產與加工生產線的自動化改造。因此，本文改造設計一套基于工業(yè)機器人的智能生產線系統(tǒng)，針對汽車端蓋的加工過程進行機器人系統(tǒng)的設計，減少了企業(yè)的人工成本，提高了企業(yè)生產車間自動化程度和生產效率，并且產品的穩(wěn)定性也得到了大幅提高。

關鍵詞 自動生產線;工業(yè)機器人;控制系統(tǒng)

本文設計的機床上下料機器人，以行走導軌作為輔助軸，同時負責兩臺數(shù)控車床兩臺數(shù)控加工中也的上下料工作。另外，系統(tǒng)中配置了由回轉上料機構與取料機構組成的自動上料系統(tǒng)和自動換夾具系統(tǒng)，并在取料臺上方安裝了視覺系統(tǒng)，將取料位置準確的傳遞給機器人。當更換加工產品時，機器人只需要做出有限調整就可以很快進行不同產品的加工，具有適用性廣、功能性強等特點，可彌補常規(guī)的上下料機械手臂無法承擔加工產品多樣化和快速替換性的缺點，可廣泛應用與現(xiàn)代制造工廠。

1工業(yè)機器人控制的自動化生產線系統(tǒng)組成

為了能充分發(fā)揮生產線最大的生產能力，設計過程中需要對該生產線的生產環(huán)境進行考察和分析，從而進行合理的場景規(guī)劃和設備布局。主要包括機器人的位置、工件所需的空間以及機器人運行的安全范圍和安裝位置等。本文研究的工業(yè)機器人控制的自動化生產線系統(tǒng)由兩臺數(shù)控車床、兩臺數(shù)控加工中心、工業(yè)機器人及外部軸行走導軌、回轉上料機構、取料機構、下料輸送線、中轉臺、機器人控制系統(tǒng)、外部設備控制系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)等構成[1]。

2自動生產線的加工工藝流程

在機器人系統(tǒng)加工之前，已經進行了零件的粗加工和調制熱處理，該機器人系統(tǒng)只負責零件的精加工。針對本機器人系統(tǒng)的加工內容，制定出零件加工工序。大致加工過程為：

（1）采用數(shù)控車床，用三爪卡盤夾持毛遠左端外圓。

（2）掉頭，用三爪卡盤夾持毛坯右端?64.97外圓。

（3）采用三爪卡盤裝夾?64.97外圓，在數(shù)控加工中也上加工各孔。

由于機床卡爪的夾持范圍有限，為達到加工目的，一臺數(shù)控機床只能完成1個步驟的加工。因此，本零件加工需要使用兩臺數(shù)控車床完成步驟1和步驟2的動作，使用一臺數(shù)控加工中心完成步驟3的動作。最終，設計出工業(yè)機器人機床上下料工作站的工作流程。

（1）工作站系統(tǒng)啟動機器人、上料機構復位;

（2）上料機構接收PLC信號，將毛坯件取出;

（3）機器人到上料機構處取件，安裝到第一臺數(shù)控車床上;

（4）車削零件右端外形后，發(fā)送信號通知機器人取件;

（5）機器人取件后，掉頭，安裝到第二臺數(shù)控車床上;

（6）車削零件左端外形后，發(fā)送信號通知機器人取件;

（7）機器人取件后，安裝到第一臺數(shù)控銑床上;

（8）零件各孔加工完成后，發(fā)送信號通知機器人取件;

（9）機器人取件后，放置到下料輸送線上。

工業(yè)機器人安裝在行走導軌上，擺放在四臺數(shù)控機床之間，可在機床上下料系統(tǒng)中來回移動，負責取料工作、四臺機床的上下料工作及放料工作。回轉上料機構與取料機構相互配合，負責毛遠件的自動上料。工作時，工業(yè)機器人在視覺系統(tǒng)的引導下，準確到達取料機構的取料臺上取料，按順序送往數(shù)控機床內進行加工后，將零件放置到下料輸送線上[2]。

3機器人手爪設計

為提高生產節(jié)拍，本工作站的工業(yè)機器人手爪采用雙工位設計。機器人進入機床前先將未加工零件夾持在工位1上。進入機床后，使用工位2取下機床卡盤上的工件，旋轉180角，將工位1上的工件安裝到機床卡盤上。另外，本手爪不是直接安裝在機器人上的，而是通過快換接頭進行的連接，快換接頭內部有多條氣體通路，其上方的信號接頭提供了多條信號通路，方便手爪上的氣路連接和信號傳遞。

手爪使用三爪氣缸進行夾持動作，需要進行相應的氣路連接，手爪上的兩個王爪氣缸及快換接頭的氣路連接方法完全相同。通過三位五通的電磁閥進行氣路的控制后，連接到手爪氣缸的進氣和出氣口上。電磁閥的中位起到了斷電保持的作用。手爪和快換接頭的電磁閥，需要工業(yè)機器人發(fā)送相應的信號來進行持制。每個電磁閥與工業(yè)機器人輸出接口之間都連接了一個中間繼電器的線圈。而中間繼電器的常開接頭連接到了電磁閥的控制電路中。另外，三爪氣缸的張開與閉合，也需要對機器人進行信號的反饋[3]。

4機器人I/O信號設計

工業(yè)機器人通過示教器進行編程和控制，通過輸入接口、輸出接口及DeviceNET總線與外部設備進行通信。其中，通過輸入接口輸入的信號主要包括了：數(shù)控車床1的輸入信號、數(shù)控車床2的輸入信號、加工中心1的輸入信號、加工中心2的輸入信號、機器人手爪的輸入信號;通過輸出接口輸出的信號主要包括了：數(shù)控車床1的輸出信號、數(shù)控車床2的輸出信號、加工中心1的輸出信號、加工中心2的輸出信號、機器人手爪的輸出信號;DeviceNET總線的通信信號主要包括工作臺各按鈕信號和視覺位置檢測數(shù)據(jù)。

為了抓取工件位置準確，需要將視覺系統(tǒng)檢測到的X、Y方向偏移量通過PLC傳遞給工業(yè)機器人。該工作站操作臺上的各按鍵信號、取料臺上的檢測信號、放料臺上的檢測信號等，也通過總線串行通訊方式傳遞給機器人。

5結束語

隨著企業(yè)市場競爭的多元化、人工成本的增加、產品質量要求的提高以及生產更加柔性化，工業(yè)機器人在機床上的應用必定成為發(fā)展的一大趨向。隨著加工效率的不斷提升，越來越多的生產制造廠都將自動上下料的方式引入到實際生產中。本文設計的機床上下料機器人能夠同時進行4臺數(shù)控機床上下料的工作，能夠與各臺數(shù)控機床、外部控制器PLC、視覺檢測系統(tǒng)進行通訊，大大節(jié)約了人力成本，增加了加工精度，提高了生產節(jié)拍，并保證不會與其他設備形成干擾，無任何安全隱患。

參考文獻

[1] 蘇淵博，李霞.基于PLC控制的機器人自動化生產線設計[J].智能機器人，2016（11）：65-68.

[2] 李太勝.基于PLC控制的工業(yè)機器人系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J].中國高新技術企業(yè)，2014（15）：26-27.

[3] 胡偉.工業(yè)機器人行業(yè)應用實訓教程[M].北京：化械工業(yè)出版化，2015：72.