基于FANUC數(shù)控系統(tǒng)的智能制造單元設(shè)計(jì)

陸雄

湖南三一工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖南長(zhǎng)沙 410129

1 序言

本文選用三一汽車起重機(jī)械有限公司現(xiàn)有的一臺(tái)NBP-1000A友嘉立式加工中心和一臺(tái)ABB工業(yè)機(jī)器人，構(gòu)造成一個(gè)基本的智能制造單元，運(yùn)用工業(yè)機(jī)器人完成工件的上料、下料及搬運(yùn)工作。所有控制流程，在FANUC數(shù)控系統(tǒng)通過編程來實(shí)現(xiàn)。

2 智能制造單元的基本組成

NBP-1000A型加工中心是一臺(tái)三軸控制數(shù)控機(jī)床，采用FANUC 0iMD數(shù)控系統(tǒng)，配備機(jī)械手自動(dòng)換刀裝置，盤式刀庫容量為22把。在加工中心工作臺(tái)上配置氣動(dòng)精密平口鉗，用于工件的裝夾。選用型號(hào)為IRB2400的ABB工業(yè)機(jī)器人，其承重能力10kg。機(jī)器人側(cè)配備有工件裝夾手爪，具有夾緊、松開、有無料檢測(cè)功能。料架上設(shè)有毛坯位和成品位兩個(gè)倉位，每個(gè)倉位設(shè)置有傳感器和狀態(tài)指示燈，傳感器用于檢測(cè)該位置是否有工件，狀態(tài)指示燈分別用不同的顏色指示工作狀態(tài)。設(shè)備平面布置如圖1所示。

圖1 設(shè)備平面布置

3 程序設(shè)計(jì)

整個(gè)加工過程是由數(shù)控系統(tǒng)通過編寫程序來實(shí)現(xiàn)的。自動(dòng)上、下料的全過程是由加工中心與機(jī)器人之間通過上、下料宏程序相互配合來完成的。上、下料動(dòng)作，毛坯及成品的搬運(yùn)都由機(jī)器人完成。平口鉗、機(jī)床門及機(jī)器人手爪動(dòng)作都是由數(shù)控系統(tǒng)PMC程序控制。平口鉗的裝料位置由加工中心X、Y軸，通過數(shù)控系統(tǒng)與數(shù)控機(jī)床PMC的G代碼實(shí)現(xiàn)信息交換。

3.1 工作流程

程序設(shè)計(jì)之前，首先要將各部件的工作流程弄清楚，才能設(shè)計(jì)出完好的程序。上料是由工業(yè)機(jī)器人從料架的毛坯位置搬運(yùn)毛坯到數(shù)控機(jī)床中，加工前將毛坯裝到平口鉗中。加工完成后，將成品從平口鉗上卸下，送至料架成品位置。上料工作流程如圖2所示。

圖2 上料工作流程

下料是由工業(yè)機(jī)器人將加工好的成品從數(shù)控機(jī)床上搬運(yùn)到料架成品位置，下料工作流程如圖3所示。

圖3 下料工作流程

3.2 上、下料宏程序的編寫

（1）M代碼定義 上、下料各環(huán)節(jié)的控制采用輔助功能M指令來實(shí)現(xiàn)，M50、M51通過宏程序來完成，M52～M57各指令需要在數(shù)控系統(tǒng)中編寫相應(yīng)的PMC程序，M指令設(shè)置見表1。

表1 M指令設(shè)置

（2）接口信號(hào)變量定義 上、下料宏程序采用了接口信號(hào)變量，定義見表2。接口輸入信號(hào)變量在宏程序中“讀取”系統(tǒng)輸入信號(hào)的狀態(tài)，從而在程序中直接獲得相應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)，#1008～#1010為接口輸入信號(hào)變量。接口輸出信號(hào)變量在宏程序中“改變”系統(tǒng)輸出信號(hào)狀態(tài)，#1108～#1109為報(bào)警輸出信號(hào)變量，#1110～#1113輸出信號(hào)變量控制數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行元件向機(jī)器人發(fā)出工作指令。

表2 接口信號(hào)變量定義

（3）系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定 要通過M50、M51指令在數(shù)控程序中調(diào)用宏程序， 必須對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。設(shè)定P1195=1，使用M代碼調(diào)用宏程序；設(shè)定P6075=50，使用M50調(diào)用O9005宏程序；設(shè)定P6076=51，使用M51調(diào)用O9006宏程序。

上料宏程序設(shè)計(jì)如下。

O9005; M50調(diào)用上料宏程序O9005

N10IF[#1008NE1]GOTO30; 判斷平口鉗上是否有工件

N20#1108＝1GOTO140; 平口鉗有料報(bào)警信息

N30 IF[#1009EQ1]GOTO50; 判斷料架是否有毛坯

N40#1109＝1 GOTO140; 料架缺料報(bào)警信息

N50 G91G30P2X0Y0; 回第二原點(diǎn)，工作臺(tái)移動(dòng)到裝卸料位置

N60#1110＝1; 機(jī)器人移動(dòng)到料架毛坯位置

N70M57; 機(jī)器人手爪夾緊指令，抓取毛坯

N80#1111＝1; 機(jī)器人移動(dòng)到平口鉗裝卸料位置

N90M55; 平口鉗夾緊指令，夾緊毛坯

N100M56; 機(jī)器人手爪打開指令

N110#1113＝1; 機(jī)器人回到初始位置

N120M53; 關(guān)閉機(jī)床門

N130G90; 絕對(duì)編程

N140M99; 返回主程序

下料宏程序設(shè)計(jì)如下。

O9006; M51調(diào)用下料宏程序O9006

N10IF[#1010NE1]GOTO30; 判斷料架是否有成品

N20#1109＝1 GOTO110; 有成品報(bào)警信息

N30 G91G30P2X0Y0; 回第二原點(diǎn)，工作臺(tái)移動(dòng)到裝卸料位置

N40#1111＝1; 機(jī)器人移動(dòng)到平口鉗裝卸料位置

N50M54; 平口鉗打開指令

N60M57; 機(jī)器人手爪夾緊指令，抓取成品

N70#1112＝1; 機(jī)器人移動(dòng)到料架成品位置

N80M56; 機(jī)器人手爪打開指令，釋放成品

N190#1113＝1; 機(jī)器人回到初始位置

N100G90; 絕對(duì)編程

N110M99; 返回主程序

4 結(jié)束語

通過對(duì)智能制造單元工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)上、下料工作過程的分析和研究，運(yùn)用FANUC數(shù)控系統(tǒng)編寫上、下料程序，不僅提升了數(shù)控機(jī)床的智能化水平，滿足了生產(chǎn)車間智能化制造的需求，而且減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。通過進(jìn)一步研究，可以考慮將一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人與多臺(tái)數(shù)控機(jī)床配合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上、下料功能，提高工業(yè)機(jī)器人的利用率，更大范圍地提升工廠的智能化生產(chǎn)水平。