基于PLC的CNC機(jī)器人上下料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李卓陽(yáng) 江小靜 成澤 夏源澤

摘 要：采用數(shù)控機(jī)床與工業(yè)機(jī)器人組成集成系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)械零件的自動(dòng)加工與上下料是智能制造的基礎(chǔ)。文章針對(duì)配備FANUC數(shù)控系統(tǒng)的車床，使用ABB工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)上下料，提出基于PLC的系統(tǒng)集成方案，在對(duì)數(shù)控車床進(jìn)行局部改造的基礎(chǔ)上，規(guī)劃系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行的工作流程和接口信號(hào)，繪制系統(tǒng)連接圖，并設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集成改造。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人;數(shù)控車床;集成;PLC

0 引言

工業(yè)生產(chǎn)機(jī)器的自動(dòng)化將為人們的生活帶來(lái)極大改變，使生產(chǎn)效率更高，成本更低。在這個(gè)初衷下文章將數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床CNC工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)下料，與PLC可編程邏輯控制器系統(tǒng)集成相結(jié)合，以數(shù)控車床局部改造為手段，制定系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行的工作流程與接口信號(hào)，繪制系統(tǒng)連接圖，與系統(tǒng)程序相對(duì)接以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集成改造。

1 系統(tǒng)組成

為了讓機(jī)械在生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)上下料，筆者使用ABB工業(yè)機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床，最終達(dá)到讓機(jī)洗運(yùn)行的目的。如圖1所示，整個(gè)設(shè)備由兩個(gè)部分組成，分別是機(jī)器與數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床搭載了數(shù)控系統(tǒng)FANUC-0IT，并且采用了型號(hào)為IRB-1600-10-1.2的機(jī)器人，有高達(dá)10 kg的承載能力，工作半徑為1.2 m，并且將手爪固定在機(jī)器末端來(lái)夾持工件[1] 。

2 數(shù)控機(jī)床改造

系統(tǒng)集成時(shí)，為了控制改造，筆者使用氣動(dòng)來(lái)支撐安全門(mén)和卡盤(pán)。為了控制安全門(mén)的開(kāi)關(guān)，筆者將合適的氣缸安裝在防護(hù)罩上，將安全門(mén)與氣缸相連接。之后，將原來(lái)的手動(dòng)卡盤(pán)刪除，將新的合適的氣動(dòng)卡盤(pán)覆蓋在原來(lái)的手動(dòng)卡盤(pán)上。安全門(mén)與卡盤(pán)的控制如圖2所示。

在圖2中，控制著安全門(mén)開(kāi)關(guān)的是YV1和YV2，而檢測(cè)安全門(mén)關(guān)閉狀態(tài)的SQ3，控制卡盤(pán)松緊的是YV3和YV4，檢測(cè)卡盤(pán)松開(kāi)狀態(tài)的是SQ4。將所有零部件組裝在一起后，筆者使用PLC來(lái)檢測(cè)相關(guān)的狀態(tài)，并且控制卡盤(pán)和安全門(mén)[2] 。

3? ? 系統(tǒng)聚合與組成方案

為了邏輯處理輸入輸出信號(hào)，需要在機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床間增加PLC，完成信號(hào)傳遞與協(xié)調(diào)的運(yùn)行，并使安全門(mén)、卡門(mén)和傳輸帶有效、協(xié)調(diào)地工作。

3.1? 工作流程規(guī)劃

由于使用了PLC直接控制安全門(mén)、卡盤(pán)和傳送帶，機(jī)器人以及數(shù)控車床的信號(hào)傳遞數(shù)量大幅減少。機(jī)器人的上下料過(guò)程可以被分為5個(gè)簡(jiǎn)單的動(dòng)作，按照編寫(xiě)的相關(guān)程序，被主程序調(diào)用。而相關(guān)的機(jī)器人例行程序如表1所示。

3.2? 信號(hào)傳遞

按照上述的工作流程，為了達(dá)到PLC與CNC協(xié)調(diào)有效地運(yùn)行這一目的，需要讓機(jī)器人輸入3個(gè)信號(hào)并且輸出4個(gè)信號(hào)。從表2可以清晰地看到機(jī)器人輸入輸出信號(hào)的相關(guān)地址分配[3] 。

3.3? 系統(tǒng)連接

筆者使用PLC來(lái)傳遞和邏輯處理由PMC和機(jī)器人傳來(lái)的相關(guān)信號(hào)。

4? ? 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)各部件之間的編程，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自動(dòng)工作系統(tǒng)以及裝卸料、數(shù)控車床的全自動(dòng)排除人力干擾的加工。為了使二者能更有效、更節(jié)省成本地運(yùn)行，讓信號(hào)傳遞更加快速有效，筆者編寫(xiě)了PLC程序以及機(jī)器人內(nèi)部的程序，修改了數(shù)控車床原本的相關(guān)程序[4]。

4.1? 機(jī)器程序設(shè)計(jì)

根據(jù)上述描述以及整個(gè)集成系統(tǒng)，筆者編寫(xiě)了如表3所示的程序。

4.2? PLC程序設(shè)計(jì)

PLC控制機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床之間的工作，調(diào)節(jié)安全門(mén)的開(kāi)閉、卡盤(pán)的夾緊和松開(kāi)、外空白帶和產(chǎn)品帶。

4.3? PMC相關(guān)程序的修改

為了系統(tǒng)工作，需要新程序覆蓋原本的PLC內(nèi)置車床源程序，新覆蓋的程序最后F1.4與F9.4是數(shù)控內(nèi)部信號(hào)，整個(gè)系統(tǒng)準(zhǔn)備工作時(shí)，F(xiàn)1.4值為1，當(dāng)加工程序開(kāi)始運(yùn)行后，F(xiàn)9.4值更改為1。G7.2是功能激活的相關(guān)編碼，該數(shù)值為1，機(jī)床激活開(kāi)始工作。

5? ? 結(jié)語(yǔ)

PLC 技術(shù)的應(yīng)用能夠帶來(lái)較高的價(jià)值，CNC可以讓加工質(zhì)量穩(wěn)定，加工精度高，重復(fù)精度高，可以僅僅通過(guò)簡(jiǎn)單的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器的自動(dòng)化生產(chǎn)[5]。

[參考文獻(xiàn)]

[1]姚永輝.基于PLC的數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)研究[J].電子測(cè)試，2020（6）：33-34，54.

[2]丁錦宏.基于PLC的數(shù)控車床與工業(yè)機(jī)器人上下料系統(tǒng)集成改造[J].江蘇工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2020（3）：1-4.

[3]李榮麗.基于PLC的上下料機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].裝備制造技術(shù)，2007（2）：58-59.

[4]白雪寧.基于PLC的數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)研究[J].信息技術(shù)，2020（8）：74-78.

[5]孟金偉，李紅，何青.基于PLC數(shù)控車床上下料機(jī)器人軟件設(shè)計(jì)[J].電力與能源，2020（3）：339-344.

（編輯 王雪芬）