論機(jī)器人的數(shù)控機(jī)床自動(dòng)上下料應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳虞鴻

摘要：近年來，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)逐漸的取代了各種特種機(jī)械產(chǎn)品，并承擔(dān)上下料的工作和工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用，優(yōu)點(diǎn)也比較突出，例如定位精度高，可靠性高，生產(chǎn)靈活，自動(dòng)化程度高等等。它與傳統(tǒng)的人工上下料方案相比，可以整體提高產(chǎn)品的質(zhì)量以及生產(chǎn)的效率。與專用的機(jī)床相比，則具有生產(chǎn)靈活、投資小的特點(diǎn)。機(jī)器人智能自動(dòng)裝卸系統(tǒng)機(jī)器人自動(dòng)上下料系統(tǒng)的使用都可以整體提高生產(chǎn)的水平，并且在生產(chǎn)能力方面具有質(zhì)的飛躍。所以我們可以了解到，以機(jī)器人作為基礎(chǔ)的數(shù)控機(jī)床，自動(dòng)上下料應(yīng)用系統(tǒng)也具有巨大的發(fā)展前景。

Abstract： In recent years， industrial robots have gradually replaced a variety of special mechanical products， and undertake the loading and unloading work and the application of industrial robots， the advantages are also more prominent， such as high positioning accuracy， high reliability， flexible production， high degree of automation and so on. Compared with the traditional manual loading and unloading scheme， it can improve the overall quality of products and the efficiency of production. Compared with the special machine tool， it has the characteristics of flexible production and small investment. Robot intelligent automatic loading and unloading system robot automatic loading and unloading system can be used to improve the overall level of production， and in the production capacity has a qualitative leap. Therefore， we can understand that the robot as the basis of CNC machine tools， automatic loading and unloading application system also has a huge development prospect.

關(guān)鍵詞：智能制造;數(shù)控機(jī)床;工業(yè)機(jī)器人;物流周轉(zhuǎn);自動(dòng)上下料

Key words： intelligent manufacturing;CNC machine tools;industrial robot;logistics turnover;automatic loading and unloading

中圖分類號：TG659? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）20-0081-02

0? 引言

在國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景之下，數(shù)控機(jī)床的整體生產(chǎn)力水平以及生產(chǎn)的能力都有了明顯的提高，而工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)也促進(jìn)了我國生產(chǎn)力水平的提升。所以我們可以認(rèn)為機(jī)器人數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化運(yùn)用具有很大的發(fā)展前景。那么本次課題針對機(jī)器人數(shù)控機(jī)床的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行研究時(shí)，重點(diǎn)放在自動(dòng)上下料應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作上，通過分析其應(yīng)用價(jià)值工藝分析、工作原理、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等多個(gè)方面的內(nèi)容，整體提高人們對于機(jī)器人數(shù)控機(jī)床的了解，從而為其推廣奠定真實(shí)的基礎(chǔ)。

1? 機(jī)器人的數(shù)控機(jī)床自動(dòng)上下料應(yīng)用的價(jià)值分析

在信息化技術(shù)以及工業(yè)化技術(shù)不斷融合的背景下，智能制造行業(yè)的發(fā)展速度變得越來越快，以機(jī)器人作為核心及代表的智能產(chǎn)業(yè)，發(fā)展速度非?？?，它甚至已經(jīng)成為了衡量一個(gè)國家現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)準(zhǔn)。從目前我們了解的情況來看，發(fā)達(dá)國家的工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)已經(jīng)進(jìn)入到流水線的狀態(tài)，甚至已經(jīng)成為了自動(dòng)化裝備的主要發(fā)展方向。在新的產(chǎn)業(yè)革命以及全球競爭變得越來越激烈的背景下，機(jī)器人技術(shù)成為了極其核心的內(nèi)容。我國制造行業(yè)的規(guī)模非常大，而且類型也很多，同時(shí)也具有攻擊環(huán)境惡劣的情況，所以招工難度大，因此從該角度來看，市場上對于工業(yè)機(jī)器人具有很大的需求，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域也非常大。在我國工廠自動(dòng)化水平不斷提升的背景下，工業(yè)機(jī)器人的數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域運(yùn)用變得越來越廣泛，以數(shù)控機(jī)床作為基礎(chǔ)的工業(yè)機(jī)器人可以分為換刀機(jī)器人以及上下料機(jī)器人這兩種類型。上下料機(jī)器人是以工業(yè)機(jī)器人作為基礎(chǔ)替代操作工的一種方式，它可以自動(dòng)完成加工中心，數(shù)控車床等加工的工件，同時(shí)也可以完成工件的自動(dòng)抓取，上料，下料裝卡和工件移位翻轉(zhuǎn)等工作任務(wù)。該類型的機(jī)器也可以很好的節(jié)約員工成本，也可以整體提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。但是要想實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自動(dòng)上下料的工作任務(wù)，那么機(jī)器人就需要事先獲取數(shù)控機(jī)床上下料的信息，經(jīng)過系統(tǒng)的處理之后，就可以對控制的信號進(jìn)行輸出，機(jī)器人會(huì)以該信號作為基礎(chǔ)完成相應(yīng)的動(dòng)作。如何將數(shù)控機(jī)床以及工業(yè)機(jī)器人之間的信息進(jìn)行有效的傳遞以及轉(zhuǎn)換是數(shù)控機(jī)床機(jī)器人自動(dòng)上下料的關(guān)鍵。

2? 機(jī)器人自動(dòng)上下料主要工藝分析

本次課題研究的數(shù)控機(jī)床是一臺以實(shí)現(xiàn)KUKA機(jī)器人服務(wù)的自動(dòng)上下料系統(tǒng)?，F(xiàn)場加工機(jī)床是韓國起亞公司型號為skte5lm的數(shù)控機(jī)床。被加工的元器件屬于棒料，工業(yè)機(jī)器人需要從原料盤當(dāng)中夾取，并且送到數(shù)控機(jī)床加工位當(dāng)中，在卡盤自動(dòng)夾緊之后按照已經(jīng)上傳的加工參數(shù)對原料進(jìn)行加工工作，而在加工完成之后，機(jī)器人又將加工好的原件搬運(yùn)到成品托盤當(dāng)中。整個(gè)過程數(shù)控機(jī)床的液壓卡盤的夾緊松開以及機(jī)床加工程序的啟動(dòng)，都需要對信號進(jìn)行接收，并分析之后才可以進(jìn)行操作。

3? 系統(tǒng)組成及工作原理

數(shù)控機(jī)床自動(dòng)上下料系統(tǒng)需要。對于各種不同類型的系統(tǒng)進(jìn)行有效的集成保證系統(tǒng)的工作任務(wù)都可以有效的運(yùn)行和此次課題研究的系統(tǒng)必須要有PLC控制柜機(jī)器人手抓機(jī)器人機(jī)做給料機(jī)，數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)，工業(yè)機(jī)器人以及機(jī)械控制會(huì)作為基礎(chǔ)，同時(shí)為了完成上下料的操作過程還需要安裝材料，費(fèi)料箱，安全圍欄和安全門等多種設(shè)施，保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性以及穩(wěn)定性。工人需要先將處理加工的泵料放在給料臺上，和PLC控制柜的觸摸屏系統(tǒng)，就將相應(yīng)的工藝參數(shù)快速的傳輸?shù)较到y(tǒng)的中心內(nèi)容，確定每個(gè)操作程序都進(jìn)入到工作狀態(tài)之后，現(xiàn)場工作人員可以通過按下循環(huán)啟動(dòng)按鈕的方式讓控制系統(tǒng)進(jìn)入到工作的狀態(tài)。此時(shí)機(jī)床就會(huì)按照預(yù)定的程序進(jìn)行每一個(gè)環(huán)節(jié)的處理操作，而且在處理完成之后，還會(huì)由機(jī)械尾座和尾座的工件配合刀塔進(jìn)行切斷工作。在工件被切斷之后，整個(gè)機(jī)床又進(jìn)入到原始的工作狀態(tài)，所有的系統(tǒng)都會(huì)復(fù)位。當(dāng)PLC控制機(jī)床門關(guān)閉之后，系統(tǒng)又會(huì)再次進(jìn)入到工作的狀態(tài)。如果機(jī)床當(dāng)中所剩余的加工棒已經(jīng)不足以進(jìn)入到下一個(gè)工作狀態(tài)，那么機(jī)器人就會(huì)將廢棄的材料放入到廢盒當(dāng)中，將成品放入到材料成品的托盤當(dāng)中。如果托盤已經(jīng)呈現(xiàn)出滿的狀態(tài)，那么系統(tǒng)就會(huì)立即通知工人更換托盤。

4? 柔性制造單元系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 機(jī)床組網(wǎng)方案設(shè)計(jì)? 目前市面上最先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是嵌入式以太網(wǎng)接口系統(tǒng)，它需要以數(shù)控系統(tǒng)制造商提供的相關(guān)服務(wù)軟件作為基礎(chǔ)，進(jìn)行二次開發(fā)之后應(yīng)用其底層的數(shù)據(jù)對調(diào)用函數(shù)進(jìn)行深入的分析，并將其連接到局域網(wǎng)當(dāng)中，從而對數(shù)控功能進(jìn)行訪問。再利用機(jī)床組網(wǎng)方案進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的控制工作時(shí)，需要保證系統(tǒng)能夠?qū)?shù)控系統(tǒng)信息進(jìn)行讀取，并且實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)監(jiān)控的目的。我們可以通過對機(jī)床有限單元網(wǎng)絡(luò)修改的方式達(dá)到上文分析的目的，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信的使用也可以對數(shù)控機(jī)床的程序進(jìn)行上傳，以及下載甚至配置軟件的安裝也可以達(dá)到。在對配置軟件安裝結(jié)束之后，就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以及數(shù)控機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。

4.2 工業(yè)六軸機(jī)器人集成? 工業(yè)六軸機(jī)器人基層是將多種類型的系統(tǒng)整合在機(jī)器人系統(tǒng)當(dāng)中，屬于一種固定的工業(yè)機(jī)器人集成方案，它需要將車床型床 a區(qū)預(yù)警不太清晰及以及物料整合在一起和在這個(gè)過程當(dāng)中需要安裝三個(gè)剩下材料的工業(yè)機(jī)器人?？梢詫⒔鼛啄甑奈恢眠M(jìn)行固定，發(fā)揮出工業(yè)機(jī)器人的智能功能，將其控制和定位的精準(zhǔn)度進(jìn)行整體提高，而且我們還需要在兩個(gè)機(jī)床之間固定加載機(jī)器人，通過安裝安全傳感器的方式保證其上下料過程的準(zhǔn)確性。而且通過安裝傳感器之后，可以在接近操作是通過減慢速度或者停止速度的方式，對其數(shù)據(jù)進(jìn)行重新分析。上級可以以接受給料的指令，可以以通過機(jī)械手對托盤進(jìn)行抓取的方式，將所有的材料投給機(jī)器工具。當(dāng)然機(jī)械手在進(jìn)入到機(jī)器之前，機(jī)床的我們會(huì)鎖定機(jī)床并打開機(jī)床，機(jī)械手可以通過抓住卡盤上面的托盤，而此時(shí)托盤又被卡盤鎖緊，那么機(jī)械手就可以松開之后抓取工具帶到機(jī)械廠門關(guān)閉之后，機(jī)床就可以開啟。當(dāng)然這些過程都需要以數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)作為基礎(chǔ)對其程序進(jìn)行處理，接著才可以進(jìn)入到加工的狀態(tài)。

4.3 電氣控制系統(tǒng)? 因?yàn)檎麄€(gè)控制系統(tǒng)都需要有相關(guān)工作人員對其控制的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，所以在進(jìn)行系統(tǒng)建設(shè)的過程當(dāng)中，我們需要將關(guān)注點(diǎn)放在電氣控制系統(tǒng)的內(nèi)容上，其中人機(jī)界面是用于控制整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的重要組成部分，此時(shí)可以利用PLC控制器的方式對數(shù)據(jù)傳輸過程的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)或者非實(shí)時(shí)的分析。以該系統(tǒng)作為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)分析工作，具有可維護(hù)性以及高度可靠性的特點(diǎn)。其中安全策略可以使用門開關(guān)的方式進(jìn)行維護(hù)，它是機(jī)器人工作區(qū)域的安全保護(hù)的，第1道防線的同時(shí)也是可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)服務(wù)器的重要措施，它不僅可以保證整個(gè)系統(tǒng)能夠進(jìn)入到安全運(yùn)行的狀態(tài)，同時(shí)也可以使得系統(tǒng)運(yùn)行的效率得到整體的提升。使用這套設(shè)備可以將產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量，生產(chǎn)的穩(wěn)定性進(jìn)行整體提高，同時(shí)也節(jié)省了大量的人力和物力，將企業(yè)的自動(dòng)化水平整體提升。

4.4 AGV集成及泊位設(shè)計(jì)? 傳統(tǒng)的AGV功能需要以磁條以及激光反射板作為基礎(chǔ)，它只需要對環(huán)境進(jìn)行掃描并且生成地圖即可完成它的工作任務(wù)，它需要以PC軟件作為基礎(chǔ)，方便用戶選擇合適的路徑，并且對復(fù)雜的編程進(jìn)行保存。當(dāng)然，AGV功能還具有自動(dòng)避障和預(yù)防碰撞的功能，當(dāng)電流測有障礙物時(shí)，傳感器就會(huì)檢測到該障礙物，并且通過計(jì)算獲得相關(guān)數(shù)據(jù)之后繞過障礙物，并重新制定最佳的路徑，不需要客戶參與編程。為了保證智能機(jī)器人可以更好的對固定的位置進(jìn)行掌握，并且準(zhǔn)確的分析固定位置上的工件，并且將載體發(fā)送到泊位上，那么在機(jī)器人當(dāng)中安裝傳感器是非常必要的，與此同時(shí)還可以通過安裝定位錐的方式將具有定位功能的機(jī)器人用于上下料的工作中。泊位上的這個(gè)氣缸可以確保工件的起落，而磁開關(guān)則可以對氣缸運(yùn)動(dòng)的信號和位置進(jìn)行反饋。

5? 軟件設(shè)計(jì)

在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)工作時(shí)，我們需要使用PLC程序開發(fā)的方式，以西門子可編程錄取控制程序作為基礎(chǔ)，對其軟件的內(nèi)容進(jìn)行一系列的設(shè)計(jì)以及優(yōu)化，可以使用梯形圖邏輯功能框圖以及語句表，編程的方式，對軟件的內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化。觸摸屏界面設(shè)計(jì)時(shí)，使用威龍公司配置軟件設(shè)計(jì)，它支持多種方式的促進(jìn)形式以及網(wǎng)絡(luò)方式。也可以使用U盤，USB線以及以太網(wǎng)等上傳的方式，對屏幕程序進(jìn)行下載。以此結(jié)合作為基礎(chǔ)，選擇加工部件對加工的數(shù)量進(jìn)行設(shè)置，工作人員也可以在評估城市當(dāng)中對加工的數(shù)量進(jìn)行設(shè)置了解，在上機(jī)位對加工的任務(wù)進(jìn)行有效的分配。

6? 結(jié)束語

在快速發(fā)展的背景下，我國的工業(yè)發(fā)展速度也變得越來越快，不同類型的產(chǎn)品生產(chǎn)工作都是可融入新型科學(xué)技術(shù)以及數(shù)控機(jī)床技術(shù)，而這些新型技術(shù)的融入就可以整體提高產(chǎn)品生產(chǎn)的效率以及質(zhì)量。最近這幾年，油性機(jī)器人服務(wù)加工中心的加工生產(chǎn)線，自動(dòng)化方式對逐漸推廣開來，在多個(gè)不同的領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，而企業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)效率也可以得到明顯的提升，甚至可以在降低人工成本的情況下，確保操作過程的安全性和提高生產(chǎn)的質(zhì)量。本文主要針對數(shù)控機(jī)床自動(dòng)上下料系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行探討，通過分析其應(yīng)用價(jià)值工藝工作原理和單元系統(tǒng)設(shè)計(jì)等多方面的內(nèi)容，加強(qiáng)人們對于數(shù)控機(jī)床自動(dòng)上下料的了解程度，并在一定程度上推廣該技術(shù)的使用，使得國內(nèi)的智能制造計(jì)劃得到優(yōu)化。

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