基于ABB IRB2600機(jī)械手的一種數(shù)控車床自動(dòng)上下料輸送裝備的設(shè)計(jì)

經(jīng) 韜,李 麒

(1．黑龍江省科學(xué)院高技術(shù)研究院，黑龍江 哈爾濱 150001；2．黑龍江省科學(xué)院智能制造研究所，黑龍江 哈爾濱 150090）

1 引言

本文針對某生產(chǎn)車間成系列加工件的數(shù)控車削生產(chǎn)工藝開展深入研究，以ABB IRB2600機(jī)械手[1-3]為核心柔性單元，西門子S7-1200系列PLC[4-5]為過程控制單元，圍繞現(xiàn)有的單機(jī)數(shù)控車床設(shè)計(jì)一種自動(dòng)上下料輸送裝備，以期提高生產(chǎn)該系列加工件的作業(yè)效率。

2 裝備總體方案設(shè)計(jì)

2.1 裝備設(shè)計(jì)要點(diǎn)

本文所設(shè)計(jì)數(shù)控車床自動(dòng)上下料輸送裝備的總體方案如圖1所示，主要由主控制柜3、ABB 分控器4、上料輸送機(jī)5、IRB2600 機(jī)械手7、數(shù)控車床8、超聲清洗烘干機(jī)6、影像測量儀2、下料輸送機(jī)1等設(shè)備機(jī)構(gòu)組成，其設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

(1) 數(shù)控車床8為生產(chǎn)車間的原有設(shè)備，其他設(shè)備機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、選型及空間布局均以數(shù)控車床8的原有生產(chǎn)節(jié)拍和工藝要求為初始參考依據(jù)；

(2) 主控制柜3 包含一套工業(yè)計(jì)算機(jī)和一臺(tái)西門子S7-1200 系列PLC 的主控單元，工業(yè)計(jì)算機(jī)用于提供人機(jī)交互接口，可利用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)與PLC 主控單元以及其他設(shè)備間的通訊，PLC 主控單元用于獲取各個(gè)設(shè)備提供的開關(guān)量信號并對它們進(jìn)行過程控制；

(3) ABB 分控器4 遵循主控制柜3 發(fā)出的過程控制指令，操控IRB2600機(jī)械手7按事先編寫的程序逐一完成規(guī)定動(dòng)作并將結(jié)果實(shí)時(shí)反饋至主控制柜3；

(4) IRB2600 機(jī)械手7 是整個(gè)裝備的柔性單元，可拾取上料輸送機(jī)5傳遞的工件坯料，將其夾持至數(shù)控車床8進(jìn)行加工，并將加工好的工件夾持至超聲清洗烘干機(jī)6進(jìn)行表面清理，之后將清理好的工件夾持至影像測量儀2進(jìn)行尺寸檢測，最后將檢測完畢的工件放置于下料輸送機(jī)1上以便后續(xù)相關(guān)作業(yè)的開展；

(5) 上料輸送機(jī)5、下料輸送機(jī)1 分別負(fù)責(zé)接收來自上道工序的工件坯料并將加工好的工件傳遞至下道工序，二者各擁有一臺(tái)艾莫迅ETH-MODBUS 開關(guān)量采集模塊，可通過以太網(wǎng)RJ45 接口與主控制柜3 中的S7-1200 PLC主控單元進(jìn)行通訊并受其控制；

(6) 超聲清洗烘干機(jī)6可對數(shù)控車床8生產(chǎn)的加工件進(jìn)行清洗和烘干，以去除工件表面的切屑、灰塵等雜質(zhì)。該設(shè)備內(nèi)含的循環(huán)泵、超聲波發(fā)生器、電磁閥等開關(guān)元件由主控制柜3 中的S7-1200PLC 主控單元通過繼電器進(jìn)行控制；

(7) 影像測量儀2 用于檢測清理好的加工件是否符合工藝要求，其檢測程序按工藝要求單獨(dú)編寫，可通過TCP/IP 通訊協(xié)議由主控制柜3 中的工業(yè)計(jì)算機(jī)按照具體的加工件型號類別配套調(diào)用。

2.2 裝備工藝流程

數(shù)控車床自動(dòng)上下料輸送裝備工藝流程的動(dòng)作要點(diǎn)及核心目的如表1所示，可分為13 個(gè)子步驟。由于原數(shù)控車床加工生產(chǎn)多種型號尺寸的軸類零件，其長短大小以及機(jī)械手可夾持的位置不盡相同，因此需要通過實(shí)驗(yàn)示教的方法確定每種型號加工件對應(yīng)IRB2600機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)特征點(diǎn)位，編寫出合適的機(jī)械手運(yùn)動(dòng)軌跡程序。此外，裝備選用的影像測量儀也屬于相對獨(dú)立的設(shè)備，需要針對每種型號的加工件編寫對應(yīng)的檢測程序?？梢缘弥糠N型號的加工件應(yīng)配套編寫與之相適應(yīng)的數(shù)控車床加工程序、機(jī)械手運(yùn)動(dòng)程序以及影像測量儀檢測程序，在確定加工件型號的同時(shí)，由裝備進(jìn)行調(diào)用。

表1 自動(dòng)上下料輸送裝備工藝流程

3 裝備電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 ABB IRB2600機(jī)械手簡介

IRB2600機(jī)械手是ABB公司“鋒芒一代”系列工業(yè)機(jī)器人的經(jīng)典型號，其性能參數(shù)如表2所示。該機(jī)型機(jī)身緊湊、負(fù)載能力強(qiáng)、設(shè)計(jì)優(yōu)化，適合弧焊、物料搬運(yùn)、上下料等目標(biāo)應(yīng)用，其重復(fù)工作精度為同類產(chǎn)品之最，操作速度更快，生產(chǎn)節(jié)拍與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相比最多可縮減25%，工作范圍超大，可靈活選擇落地、壁掛、支架、斜置、倒裝等安裝方式。綜合考慮IRB2600 機(jī)械手的各種優(yōu)秀性能，本文決定采用該型號機(jī)械手及其配套的IRC5 單柜控制器作為數(shù)控車床自動(dòng)上下料輸送裝備的核心柔性單元。

表2 IRB2600機(jī)械手性能參數(shù)

3.2 電控系統(tǒng)的搭建

數(shù)控車床自動(dòng)上下料輸送裝備電控系統(tǒng)的技術(shù)路線如圖2所示，其中設(shè)備間的通訊依靠一臺(tái)研華Industrial Ethernet Switch網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)；數(shù)控車床為原生產(chǎn)車間使用的沈陽機(jī)床廠出品的HTC40E 數(shù)控車床，可通過加裝一臺(tái)艾莫迅ETH-MODBUS-IO16R開關(guān)量采集模塊讀取和傳遞系統(tǒng)過程控制所需的開關(guān)量信號；S7-1200-1211C 主控單元負(fù)責(zé)按照表1出示的工藝流程獲取各個(gè)設(shè)備提供的開關(guān)量信號并對它們進(jìn)行過程控制，其主程序0B1的梯形圖如圖3-圖9所示。

4 結(jié)束語

本文以ABB IRB2600機(jī)械手為核心柔性單元，西門子S7-1200 系列PLC 為過程控制單元，圍繞現(xiàn)有的單機(jī)數(shù)控車床設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)上下料輸送裝備。該裝備配有上料輸送機(jī)、超聲清洗烘干機(jī)、影像測量儀、下料輸送機(jī)等設(shè)備，可在原有對工件坯料進(jìn)行數(shù)控車削的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對加工件的自動(dòng)上、下料及其表面清理、精度檢測等工作，擴(kuò)展了原有設(shè)備的使用功能，提高了生產(chǎn)車間的作業(yè)效率。