智能機器人與數(shù)控設(shè)備集成的智能生產(chǎn)線設(shè)計研究

程遙

廣州數(shù)控設(shè)備有限公司 廣東 廣州 510530

1 工業(yè)機器人與數(shù)控設(shè)備集成應(yīng)用現(xiàn)狀

目前工業(yè)機器人與機床集成應(yīng)用的現(xiàn)狀主要是以機床為主完成加工工序，而機器人只是完成工序間的上下料以及物流。在組線方式方面也分為：

（1）單機上下料作為對生產(chǎn)批量大、加工時間短的中小零件加工，或需吊裝的笨重工件而言，機器人上下料的優(yōu)勢特別明顯。

（2）除了單機上下料外，還有多臺機床、多種工序組成的柔性生產(chǎn)線。機床的布局取決于工藝路線和現(xiàn)場條件等因素，機器人承擔工件的工序轉(zhuǎn)換，與機床共同組成柔性生產(chǎn)線。

（3）在一些金屬成型機床上，機器人與機床一起完成工藝加工過程，機器人夾持工件在沖剪、折彎機上實現(xiàn)加工操作，不僅是簡單的上下料，而是替代了所有原來的人工作業(yè)。

（4）在個別工序上，工藝機器人參與到具體加工中，對機器人切割、拋光、打磨等，甚至機器人直接夾持切削工具，實現(xiàn)對工件的打孔等。具有視覺和觸覺的機器人就相當于一臺機床，能用于組裝、零件分選等復雜工作。

在以上智能機器人與數(shù)控設(shè)備集成現(xiàn)狀應(yīng)用分析中可以看出，他們的具體集成應(yīng)用形式也在不斷發(fā)掘和創(chuàng)新當中。將工業(yè)機器人作為一種標準的零部件，如何應(yīng)用集成，才是我們下一步融合機器人的數(shù)控機床研究的重點方向。而我們企業(yè)正是要從這點出發(fā)，提供整套技術(shù)解決方案，從機床設(shè)備到融合工業(yè)機器人自動化的制造單元，向客戶提供整體自動化的工程。這就要求打通機器人和數(shù)控設(shè)備控制系統(tǒng)的壁壘，統(tǒng)一自動化思想，統(tǒng)一數(shù)字接口，統(tǒng)一操作界面，無縫化連接，同時，通過自動化物流和倉儲系統(tǒng)，不同專業(yè)的自動化工作站也將打通，向模塊化、一體式的無人化制造單元、信息自動化、物流自動化幾個方向突破。下面以具體的智能生產(chǎn)線應(yīng)用進行分析[1]。

2 機器人與數(shù)控設(shè)備集成應(yīng)用

針對某企業(yè)提出的電機外殼制造自動化的需求，根據(jù)工藝流程，設(shè)計開發(fā)了一條智能產(chǎn)線，由工業(yè)機器人、加工中心、數(shù)控車床和及系統(tǒng)控制柜等進行聯(lián)網(wǎng)組線。融合機器視覺檢測技術(shù)、PLC控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、制造執(zhí)行系統(tǒng)等技術(shù)，實現(xiàn)上料、加工、下料、檢測等的一體化控制。通過PLC控制檢測和流程及系統(tǒng)調(diào)度，制造執(zhí)行系統(tǒng)MES管控信息可視化和數(shù)據(jù)實時分析處理，有效地將數(shù)字孿生技術(shù)、信息通信技術(shù)以及自動化控制技術(shù)等融合為一體，貫穿“設(shè)計—工藝—制造調(diào)試”全產(chǎn)業(yè)鏈。

電機外殼加工為大批量生產(chǎn)，是將材料是鋁合金，加工內(nèi)容包含端面銑削鉆孔、攻螺紋和內(nèi)孔車削等內(nèi)容。全面考慮工件在各工序之間流轉(zhuǎn)時必需的翻轉(zhuǎn)、下上料、導向定位、信號檢測等要求，并結(jié)合加工內(nèi)容，綜合分析工藝節(jié)拍，最終確定零件加工工序內(nèi)容如下：

（1）立式加工中心1進行4螺紋底孔鉆孔、螺紋攻螺紋及銑削外圓凸臺工序加工。

（2）加工中心2進行通孔、孔口倒角工序加工。

（3）數(shù)控車床進行內(nèi)孔及臺階孔、孔口倒角工序加工。

（4）根據(jù)工件的外形特點設(shè)計機器人氣動手爪部件，包含氣動、傳感器及機械部件等，加工中心夾具采用內(nèi)夾方式，數(shù)控車床采用外夾方式。毛坯工件擺放在上料傳送帶上；機器人R1復合手爪抓取毛坯工件，行走到加工中心1位置，將工件安裝到加工中心1的專用夾具上；待加工中心1加工完成后，機器人R1復合手爪取下工件，行走到加工中心2位置，將工件安裝到加工中心2的專用夾具上；待加工中心2加工完成后，機器人R1取下工件到數(shù)控車床位置，將工件安裝到專用夾具上件加工完成后取下工件，機器人行走到工件翻轉(zhuǎn)臺位置，進行工件翻轉(zhuǎn)、交換；工件在翻轉(zhuǎn)臺進行交換后，機器人R1把加工成品放置在下料傳送帶上，由機器人R2進行工件下料、自動碼放在成品料筐中。經(jīng)過調(diào)整CNC加工程序以及機器人動作程序后，可實現(xiàn)數(shù)控機床加工與機器人上下料的完美組合[2]。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試

本生產(chǎn)線在完成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)搭建、PLC編程及HMI工控組態(tài)、制造執(zhí)行系統(tǒng)MES聯(lián)調(diào)等工作后，才能實現(xiàn)互聯(lián)互通，組建完善的全套控制系統(tǒng)。為保證機器人與數(shù)控機床的安全配合，要建立機器人、PLC以及數(shù)控機床之間安全可靠的通信連接。根據(jù)工藝流程要求擴展PLC模塊，正確配置I/O，編寫和調(diào)試PLC組態(tài)通信應(yīng)用程序。在硬件方面，通過屏蔽電纜將三者之間相應(yīng)的輸入與輸出點進行連接。對數(shù)控機床、工業(yè)機器人、PLC、HMI、監(jiān)控系統(tǒng)、MES系統(tǒng)等進行IP分配和端口分配以及設(shè)置，實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)搭建。在軟件方面，通過機器人專用軟件、PLC接口，采集機床和機器人當前狀態(tài)，編寫相應(yīng)的符合上下料邏輯的控制程序，完成MES系統(tǒng)與數(shù)控機床、工業(yè)機器人、PLC等設(shè)備的參數(shù)配置，實現(xiàn)信號連接，最終達到數(shù)控機床與機器人的有效通信[3]。

4 結(jié)束語

機床自動生產(chǎn)線和自動化程度高的加工設(shè)備已經(jīng)成為今后制造工廠的一個發(fā)展趨勢。單機自動化、整線自動化等自動上下料裝置用于加工工件的自動上料和下料、工件翻轉(zhuǎn)及工件轉(zhuǎn)序等工作，能夠滿足快速、大批量加工節(jié)拍，節(jié)省人力成本，提高生產(chǎn)效率等要求。本文所述自動加工生產(chǎn)線，匯集機器人技術(shù)、PLC技術(shù)、傳感器檢測技術(shù)、通信技術(shù)及數(shù)控技術(shù)等先進技術(shù)，實現(xiàn)了工業(yè)機器人與數(shù)控機床的技術(shù)組合，建立程序傳輸管理系統(tǒng)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集分析管理、車間實時可視化反饋系統(tǒng)，實現(xiàn)對整個生產(chǎn)線生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集和分析，從而改善生產(chǎn)設(shè)備的總體生產(chǎn)運行效率，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，為客戶帶來更大利潤空間。