數(shù)控加工中引入工業(yè)機(jī)器人的教學(xué)模式研究

徐慧

摘要：按照GSK機(jī)器人和980T數(shù)控車床的具體特征，筆者設(shè)計(jì)了柔性制造系統(tǒng);并且在這一基礎(chǔ)上提出了培訓(xùn)學(xué)習(xí)模式，為學(xué)生在數(shù)控車床編程加工中借助機(jī)器人來完成裝卸加工提供有用的指導(dǎo);令學(xué)生可以熟悉GSK機(jī)器人和數(shù)控車床關(guān)節(jié)調(diào)節(jié)所采取的方法，規(guī)劃?rùn)C(jī)器人的詳細(xì)運(yùn)作軌跡，了解這些機(jī)器人的具體使用方法，進(jìn)而令數(shù)控車床自動(dòng)加工的效率有所得到提升。經(jīng)由對(duì)這一培訓(xùn)模式的分析，令學(xué)生更加了解數(shù)控加工智能技術(shù)，切實(shí)的保證了對(duì)本科數(shù)控專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，進(jìn)而對(duì)可以學(xué)生對(duì)工業(yè)4.0智能數(shù)控教學(xué)理解的效果。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;機(jī)器人;柔性制造;培訓(xùn)模式

0 ?引言

伴隨機(jī)器人被開發(fā)出來，工業(yè)4.0戰(zhàn)略的實(shí)施，作為擴(kuò)展到數(shù)控加工智能技術(shù)的人才顯得特別關(guān)鍵，而培養(yǎng)人才的高校也未能更好的迎合時(shí)代發(fā)展的要求，而本次的研究項(xiàng)目主要是試圖借助GSK機(jī)器人數(shù)控車床柔性制造系統(tǒng)來對(duì)這一應(yīng)用領(lǐng)域中的人才予以培養(yǎng)，并在這一基礎(chǔ)上構(gòu)建起新的實(shí)訓(xùn)模式，試圖就新的本科數(shù)控專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)予以改進(jìn)，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

1 ?數(shù)控車床柔性制造系統(tǒng)布局設(shè)計(jì)

本數(shù)控車床柔性制造系統(tǒng)具備自動(dòng)裝卸、加工能力，由GSK機(jī)器人、物料架、氣動(dòng)數(shù)控車床構(gòu)成。經(jīng)由大量的修改、布局和編程，實(shí)現(xiàn)數(shù)控車床編程的自動(dòng)化加工，以及裝卸和加工的自動(dòng)化處理，有效提高了工作效率。

2 ?系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)

2.1 工作流程設(shè)計(jì)

①前期準(zhǔn)備。為了確保所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)滿足車間工作需求，應(yīng)當(dāng)提前做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。比如，詳細(xì)錄入加工程序、試啟動(dòng)數(shù)控車床。

②待一切準(zhǔn)備工作就緒，即可進(jìn)入聯(lián)動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)環(huán)節(jié)。首先，在完成氣動(dòng)轉(zhuǎn)換操作后，數(shù)控車床會(huì)自動(dòng)開門，進(jìn)而使氣動(dòng)三角夾頭松開。之后，料架便將原料輸送至三角夾頭處。

③自動(dòng)上緊氣動(dòng)卡盤、關(guān)閉數(shù)控車床。在將特定程序錄入機(jī)器人后，所有的工件便會(huì)經(jīng)由機(jī)器人動(dòng)作運(yùn)送至數(shù)控車床氣動(dòng)三角夾頭。之后，柔性制造系統(tǒng)便會(huì)上緊三角夾頭，并關(guān)閉防護(hù)門。因?yàn)楦黜?xiàng)前期準(zhǔn)備工作都已經(jīng)完成，此時(shí)，系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)加工程序。

④數(shù)控車床自動(dòng)開門，執(zhí)行成品加工動(dòng)作。在特定程序之下，數(shù)控車床會(huì)自動(dòng)執(zhí)行加工動(dòng)作。同時(shí)，防護(hù)門、啟動(dòng)夾頭都會(huì)處于自動(dòng)開啟狀態(tài)。同樣，依照預(yù)設(shè)程序，機(jī)器人也會(huì)執(zhí)行料頭的拆卸動(dòng)作。而在PR車床加工位置，則會(huì)自動(dòng)掉落經(jīng)加工后的成品。

⑤通過擰緊氣動(dòng)夾頭、關(guān)閉防護(hù)門，可結(jié)束數(shù)控車床所有動(dòng)作，使其回歸初始狀態(tài)。得到成品后，機(jī)器人會(huì)卸下料頭。如果采取分批次的方式加工零件，則可以在料架上按照一定次序放置空白零件。這樣，就可跳過“前期準(zhǔn)備”環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)零件的連續(xù)、批量加工。

2.2 數(shù)控車床柔性制造系統(tǒng)中的數(shù)控車床氣動(dòng)改造設(shè)計(jì)

為了使機(jī)械手具備自動(dòng)化功能，決定對(duì)數(shù)控車床進(jìn)行氣動(dòng)改造。具體可見圖1。在此次改造中，為了促使氣動(dòng)防護(hù)門2自動(dòng)滑動(dòng)，新增了與氣源相接的氣動(dòng)拉桿5。在預(yù)先錄入程序后，便可通過對(duì)控制面板4上所設(shè)的按鈕的操作來完成對(duì)元件2的控制。以機(jī)械自動(dòng)化為指導(dǎo)，筆者也將氣動(dòng)裝置加入到了氣動(dòng)三角卡盤3。這樣，在預(yù)先錄入程序后，依靠對(duì)元件4上所設(shè)的按鈕的操作，即可自動(dòng)松緊元件3，也能自動(dòng)裝卸零件。經(jīng)過此次氣動(dòng)自動(dòng)化改造，數(shù)控車床的自動(dòng)化水平有所提升，不僅能夠自動(dòng)啟閉門，也能夠依照程序設(shè)計(jì)進(jìn)行自動(dòng)松緊。特別是在系統(tǒng)中引入機(jī)器人后，夾緊、加工、卸料等工序都由手臂完成，不僅能節(jié)約人力，也能提升車床的自動(dòng)化水平。

2.3 典型零件規(guī)劃設(shè)計(jì)

為了驗(yàn)證柔性系統(tǒng)的自動(dòng)化性能，筆者決定以案例的方式加以分析。筆者以零件葫蘆的尺寸及部分加工程序?yàn)閷?shí)例。在文中，并不對(duì)零件葫蘆的程序編寫及具體加工活動(dòng)進(jìn)行分析，僅探討數(shù)控車床柔性制造系統(tǒng)及空間問題。但是，葫蘆的尺寸對(duì)料架設(shè)計(jì)、氣動(dòng)夾具設(shè)計(jì)存在著較大的影響。

3 ?數(shù)控車床柔性制造系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)模式的建立

3.1 方案設(shè)計(jì)

在建立了數(shù)控車床柔性制造系統(tǒng)的系統(tǒng)硬件后，筆者試圖對(duì)數(shù)控車床柔性制造系統(tǒng)開展相關(guān)的培訓(xùn)。詳細(xì)的實(shí)施策略主要是：

①培訓(xùn)目標(biāo)。經(jīng)由這一學(xué)習(xí)，使學(xué)生可以掌握數(shù)控智能化加工技術(shù)，是對(duì)數(shù)控專業(yè)本科生人才培養(yǎng)提出的新要求，令學(xué)生們更加深刻的了解了工業(yè)4.0智能數(shù)控的教學(xué)要求;培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生在課下自主探索。

②實(shí)訓(xùn)對(duì)象。本科大三年級(jí)的機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生。

③培訓(xùn)內(nèi)容。經(jīng)由前期的規(guī)劃建設(shè)和教學(xué)程序的設(shè)計(jì)，指導(dǎo)學(xué)生使用工業(yè)機(jī)器人完成數(shù)控車床編程與加工中的自動(dòng)裝卸、自動(dòng)裝卸和自動(dòng)加工等多個(gè)階段的學(xué)習(xí)。

④培訓(xùn)計(jì)劃。按照設(shè)備的耐久性，在培訓(xùn)階段安排了10名學(xué)生。培訓(xùn)確定為5天。

3.2 數(shù)控車床柔性制造系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)模式的特色與創(chuàng)新點(diǎn)

①數(shù)控車床柔性制造系統(tǒng)作為一種全新的培訓(xùn)模式引入到柔性制造系統(tǒng)的概念中，去除了之前的單設(shè)備培訓(xùn)模式。多臺(tái)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)，尤其是引入了機(jī)器人，不單單是提升了學(xué)生們對(duì)機(jī)械技術(shù)的全面理解，而且也增加了培訓(xùn)內(nèi)容，學(xué)生們獲得了更多的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。②在數(shù)控車床柔性制造系統(tǒng)予以培訓(xùn)的整個(gè)期間，學(xué)生基本上掌握了GSK機(jī)器人和數(shù)控車床協(xié)調(diào)的基本技能，對(duì)機(jī)器人上下料的軌跡予以規(guī)劃，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)上下料操作，節(jié)約了人力。通過這些學(xué)習(xí)，學(xué)生們可以學(xué)習(xí)到這些相關(guān)的內(nèi)容，改進(jìn)今后的加工效率，掌握數(shù)控加工智能技術(shù)并且為自動(dòng)化加工提供有力的支持。③數(shù)控車床柔性制造系統(tǒng)的培訓(xùn)方式的提出，令學(xué)生們對(duì)實(shí)踐有更多的了解，增加了學(xué)生通過這一模式進(jìn)行創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)的機(jī)會(huì)，鞏固了學(xué)生們?cè)趯?shí)踐中進(jìn)行自動(dòng)控制的相關(guān)內(nèi)容，獲得了自動(dòng)化建設(shè)和應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)。

④數(shù)控車床柔性制造系統(tǒng)的培訓(xùn)模式的引入，令學(xué)生對(duì)機(jī)器人有更多深入的理解，明確確立了柔性制造系統(tǒng)的定義，提高了新本科數(shù)控專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)和實(shí)踐能力。同時(shí)也為學(xué)生探索其它領(lǐng)域的自動(dòng)化提供了指導(dǎo)，對(duì)實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的，培養(yǎng)學(xué)生成才具有良好的促進(jìn)作用。

4 ?結(jié)語(yǔ)

數(shù)控車床柔性制造系統(tǒng)的培訓(xùn)模式是對(duì)當(dāng)下培訓(xùn)模式的新變革，從單設(shè)備培訓(xùn)模式調(diào)整為多設(shè)備聯(lián)動(dòng)培訓(xùn)模式;描述了GSK機(jī)器人、數(shù)控車床的氣動(dòng)改造、在PR過程中零件的自動(dòng)化和無(wú)人裝卸，這些內(nèi)容的培訓(xùn)不單單是提升了學(xué)生的興趣，而且為學(xué)生了解機(jī)器人和智能化制造提供了穩(wěn)定的基礎(chǔ)，期待其可以為本科數(shù)控專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)提供有力的支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]榮偉.高職院校工業(yè)機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)研究[J].農(nóng)家參謀，2019（18）：265.

[2]施詩(shī)，李巍，田肖祝.“以賽促教”教學(xué)模式在工業(yè)機(jī)器人專業(yè)人才培養(yǎng)過程實(shí)踐環(huán)節(jié)中的探索[J].科技資訊，2019，17（23）：113-114.

[3]鄧威進(jìn).高職院校工業(yè)機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)研究[J].湖北農(nóng)機(jī)化，2019（12）：46.

[4]安冬云.數(shù)控機(jī)床加工與無(wú)人機(jī)器人在企業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2019（17）：79-80.