工業(yè)機器人上料工藝與數(shù)控車床制造技術(shù)的綜合應(yīng)用

莊志鑫

（新疆鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 哈密 839000）

在柔性制造系統(tǒng)中，采用機器人工藝能夠產(chǎn)生巨大的生產(chǎn)效益和經(jīng)濟效益，其中，以機械自動上下料系統(tǒng)尤為突出。在機械質(zhì)量不斷提高的大背景下，機械加工過程中所應(yīng)用到的自動上下料技術(shù)也在逐步加強。因此，有必要加強對機器人上下料技術(shù)的研發(fā)合作，通過制定合理的控制時序和控制范圍，設(shè)計優(yōu)化末端手抓機，從而提高數(shù)控機床和機器人之間的信息互通質(zhì)量，實現(xiàn)機械加工過程一體化的目標(biāo)，并以最精確的方法完成上下料等各種操作。

1 背景研究

技術(shù)創(chuàng)新是企業(yè)發(fā)展的動力，尤其是在科技迅猛發(fā)展的社會環(huán)境影響下，工業(yè)機器人的發(fā)展愈發(fā)迅速，工業(yè)機器人的使用也愈加廣泛，工業(yè)機器人已經(jīng)成為企業(yè)提高生產(chǎn)效率不可或缺的元素[1]。隨著科技的不斷進步，工業(yè)機器人不僅僅具備信息化和數(shù)字化的特點，機器人的智能化程度也越來越高，并逐漸成為一個國家工業(yè)化水平和智能化水平高低的重要標(biāo)志[2]。在柔性制造領(lǐng)域，工業(yè)機器人上下料技術(shù)是工業(yè)機器人的核心技術(shù)。在不斷推進工業(yè)機器人上下料技術(shù)的研究過程中，逐漸興起了機器人和數(shù)控機床技術(shù)的融合，該項技術(shù)的出現(xiàn)不僅能夠提升工業(yè)機器人的工作精確度，而且能夠有效拓寬工業(yè)機器人的應(yīng)用場景，提高工作效率的同時增加經(jīng)濟效益。

2 GSK工業(yè)機器人特征分析

GSK 自動化機器人在滿足現(xiàn)有工業(yè)規(guī)范的同時，具有開放性好、融合性強的優(yōu)勢。因此，有關(guān)研發(fā)技術(shù)人員通過在GSK 自動化機器人的基礎(chǔ)上增加元器件，從而提高了工業(yè)機器人二次開發(fā)的性能。此外，將半封閉式數(shù)控車床與GSK 自動化機器人進行有效結(jié)合，還可以提高整體工作效率并簡化工作流程?；诖耍ㄟ^增加自動化器件、優(yōu)化升級機器人上下料運動軌跡，不但可以提高工作流程的完善度，還可以在確保數(shù)控車床與自動化機器人建立良性互動的前提下，促進工業(yè)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[3]。

3 GSK機器人和數(shù)控車床的工作單元

3.1 GSK機器人的功能

GSK 機器人的操作系統(tǒng)是開放性的，其可以根據(jù)不同的使用需求不斷進行系統(tǒng)的更新與開發(fā)，以提高機器人的使用性能[4]。并且，經(jīng)過不斷設(shè)計與優(yōu)化，可以提高各種感應(yīng)元器件的靈敏性與融合性能，同時能夠與擴展功能實現(xiàn)高度適配，保證機器人二次開發(fā)的效果。

3.2 980T數(shù)控系統(tǒng)車床

980T 數(shù)控系統(tǒng)車床是一款應(yīng)用非常廣泛的半封閉式數(shù)控車床，既可以完成對不同回轉(zhuǎn)平面的機械加工，也能完成手動操作和自動化操作的加工需求。該數(shù)控車床具備更為精簡的程序設(shè)計機制，所采用的程序格式更為簡潔，操作界面也更為友善。因此，在980T 數(shù)控系統(tǒng)車床的技術(shù)基礎(chǔ)上，以更科學(xué)的方法引進GSK 工業(yè)機器人設(shè)計具有更強的可操作性，將二者的技術(shù)進行結(jié)合，可以促進我國自動加工業(yè)的蓬勃發(fā)展[5]。

3.3 工作流程

上下料單元包括工業(yè)機器人一臺、數(shù)控車床兩個、料盤和物料箱各一個。在加工過程中，機器人和數(shù)控車床之間是主動和從動的關(guān)系，機器人負(fù)責(zé)發(fā)出指令，并將工作指令傳送給數(shù)控車床，從而對液壓盤進行控制[6]。料盤通過接近開關(guān)檢測工位上是否有工件，并通過底部電動機帶動轉(zhuǎn)動，料盤會根據(jù)已輸入的指令自動轉(zhuǎn)動到指定工位。物料箱的主要用途是放置已經(jīng)加工完成的工件。

機器人的末端執(zhí)行器可以根據(jù)被抓工件的尺寸進行專門設(shè)計，自動上下料系統(tǒng)中機器人的工作流程如下：

1）機器人抓取待加工工件。機器人末端執(zhí)行器由待機位置移動至取料位置一側(cè)，末端執(zhí)行器松開，接收信號后移動至取料位置，末端執(zhí)行器夾緊，移動至待機位置。

2）機器人抓取工件上料。機器人在待機位置，將夾有工件的末端執(zhí)行器移動至數(shù)控車床的安全門前方，機器人將手部移動到卡盤的正前方，緩慢移動至卡盤內(nèi)，末端執(zhí)行器松開工件，車床接收信號將卡盤夾緊，機器人再緩慢移動至卡盤前位防護門前，最后移動至待機位置，數(shù)控車床開始加工工件。

3）機器人抓取工件下料。機器人在待機位置，移動至車床防護門前方，再將手部移動至卡盤的正前方，緩慢移動至卡盤內(nèi)，末端執(zhí)行器夾緊，數(shù)控車床接收到讓卡盤松開的信號，這時機器人將末端執(zhí)行器移動至卡盤前方，再緩慢移動至防護門，機器人將加工好的工件移動至物料箱。

4 綜合應(yīng)用流程分析

4.1 車削工序

在工業(yè)機器人上料的工作流程中，最基礎(chǔ)的是車削工序，在實際工程項目操作流程中，需要同時切削大量的加工部件并小批量生產(chǎn)，這就要求在技術(shù)過程與操作工序之間形成比較合理的控制架構(gòu)，從而保證控制架構(gòu)在機械運行過程中的穩(wěn)定，并有效提升制成品的品質(zhì)[7]。中碳鋼是工業(yè)加工過程中使用最廣泛的加工材料，其加工過程相對比較復(fù)雜。在切削工序?qū)嶋H操作時，需要對基本元素的內(nèi)部螺絲扣等重要內(nèi)控工作結(jié)構(gòu)進行集中處理，并且需要對外圓柱體和外錐體面等重要技術(shù)參數(shù)進行深度剖析與管理，以保證整個作業(yè)過程都符合實際的工藝技術(shù)要求，以此保證車床架構(gòu)的合理性。此外，工業(yè)機器人的上料技術(shù)與數(shù)控車床組合加工技術(shù)的融合，大大提高了切削加工的能力，從而使機械制造效率和品質(zhì)都得到了有效提升，最終實現(xiàn)了制造業(yè)整體綜合水平的提高。

4.2 拓展功能

4.2.1 加工設(shè)備布置

為確保機器人的工作效率，對機器人進行合理布局也非常重要。目前，常見的機器人布局可以劃分為兩類：其一是機器人與數(shù)控車床一一對應(yīng)的類型，其二是機器人與數(shù)控車床一對二的類型。第一種方式設(shè)備布置的緊湊度比較好，但在實際應(yīng)用過程中，工作人員需要根據(jù)實際需要選擇效率高、貼合度強的布局方式。

4.2.2 機器人末端工具設(shè)計

現(xiàn)階段，我國常見的工業(yè)機器人末端工具一般是氣動工具、傳感器以及機械部件等三大類型。其中，機械部件包括固定爪、滑動爪、壓力傳感以及底板等。在對機器人末端單元進行設(shè)計研究時，要充分考慮驅(qū)動、傳感器和機械單元等。此外，機器人末端的裝夾要求底板在自動化機器人的前后端實現(xiàn)良好的銜接工作，通過兩臺氣缸完成對手爪的控制，同時在氣缸上增加一套機械感應(yīng)器系統(tǒng)，可以用來完成對抓手位置的檢查，從而判斷它是放松還是夾緊。在兩個電機驅(qū)動的機械協(xié)助下，就能夠?qū)崿F(xiàn)對毛坯、半成品和最終工件的抓起動作，整個操作過程效率高，所需時間也較少。

4.2.3 人員拓展能力

在機器人工作過程中，人員必須對不同階段的作業(yè)目標(biāo)加以集成管理，從而有效提高控制結(jié)構(gòu)和項目管理的效能。首先，人員必須對加工設(shè)備的裝置架構(gòu)和流程架構(gòu)進行集中布局。一方面，通過集中布局的單臺人工智能服務(wù)結(jié)構(gòu)，只保障了單臺數(shù)控車床的高效工作。另一方面，通過合理布局單臺人工智能服務(wù)于兩臺數(shù)控機床，實現(xiàn)了工作效率的整體優(yōu)化。其次，在對機器人技術(shù)末端設(shè)備實施選型的工作過程中，操作人員需要根據(jù)不同的需求選擇恰當(dāng)?shù)募庸すぞ撸瑥亩_到提高效率的目的。最后，在建立工作流程的過程中，要充分發(fā)揮工業(yè)機器人的特點和優(yōu)勢。例如，在工業(yè)機器人利用氣缸傳感器對手抓工作進行區(qū)分管控的過程中，可以建立實時監(jiān)督和管理框架，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析和機動處理功能[8]。

4.3 通信功能

在工業(yè)機器人與數(shù)控車床系統(tǒng)二者之間搭建高效的通信系統(tǒng)，能夠保證整個工作系統(tǒng)信息控制的有效性和準(zhǔn)確性，從而保證信息控制的安全可靠，并且實現(xiàn)信息交互方式與產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要相適應(yīng)?，F(xiàn)階段，國家在構(gòu)建工業(yè)機器人與上料工藝和數(shù)控車床制造技術(shù)等綜合應(yīng)用的工業(yè)機器人通信功能模塊的方案中，已普遍采用了I/O 通信體系。一方面，可從技術(shù)方面增強整個控制系統(tǒng)的信息傳輸有效性；另一方面，通過屏蔽信號電纜，可以把工業(yè)機器人與數(shù)控車床系統(tǒng)連接到一起，從而形成高效的處理體系，確保PLC 處理器與數(shù)據(jù)之間的連接能得到有效的優(yōu)化處理。同時，憑借屏蔽導(dǎo)線的擊穿功能，可以使信息交流的實際效率和信息傳輸質(zhì)量得到有效提高。此外，在應(yīng)用軟件的選擇方面，應(yīng)確保采用GSK 人工智能專用管理軟件，通過高效的數(shù)據(jù)處理與收集機制，對工業(yè)機器人上料工藝和數(shù)控車床制造工藝中綜合運用的人員信息資料等重要信息進行集中采集，保證程序的高效運行，促進二者之間建立良性的協(xié)同機制，提高工作效率，并促進服務(wù)質(zhì)量的提升[9]。

4.4 運動軌跡設(shè)計

以先進數(shù)控車床加工技術(shù)為基礎(chǔ)，整合工業(yè)機器人的上料技能，通過這樣的加工方法能夠豐富工業(yè)機器人的功能領(lǐng)域。除此之外，還能夠?qū)φw工作架構(gòu)做出更進一步的優(yōu)化，從而實現(xiàn)綜合分析和控制的功能，使產(chǎn)品設(shè)計結(jié)構(gòu)更加符合實際工作要求，不論是總體的工作軌跡，還是項目發(fā)展需求都可以和工程參數(shù)保持相互和諧的狀態(tài)[10]。想要實現(xiàn)這些目標(biāo)，還必須對工作軌跡進行設(shè)計操作，具體內(nèi)容主要有：

1）對工件的實際特性進行深入研究，并在此基礎(chǔ)上制定出可行的生產(chǎn)管理策略，同時對工業(yè)機器人上料工藝和數(shù)控車床工藝進行全面控制，并進一步調(diào)整工作軌道上的數(shù)據(jù)。在實現(xiàn)動態(tài)性運行軌道的優(yōu)化中，技術(shù)人員必須統(tǒng)籌考量企業(yè)現(xiàn)實需要和技術(shù)基礎(chǔ)兩部分因素，所生成的運行結(jié)構(gòu)要和現(xiàn)實需要一致，生成的運行軌道應(yīng)具備規(guī)范化特征，這也將成為提高控制效率的根本手段。

2）管理人員在這個階段中應(yīng)該充分發(fā)揮其積極作用，根據(jù)運行軌跡逐步完善邏輯框架圖，保證工作的平穩(wěn)運行。

3）管理人員需對信息技術(shù)和管理數(shù)據(jù)這兩個層面進行整合研究分析，全面提高管控架構(gòu)的整體性，并對管理機制進行參數(shù)解構(gòu)優(yōu)化，從而提升總體執(zhí)行效益。

4）還需建立一個完備的程序架構(gòu)，并設(shè)置一定的規(guī)范，提高程序的時序度和功能性。

5 結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟和信息技術(shù)領(lǐng)域的飛速發(fā)展，對自動化、智能化、信息化的需求越來越廣泛，要求也越來越高。工業(yè)機器人產(chǎn)品的研發(fā)需要對整個工作流程和操作參數(shù)進行控制，保證機械作業(yè)過程操作體系的整體性，完善產(chǎn)品設(shè)計思路以及工作體系的框架結(jié)構(gòu)，充分利用智能化和自動化技術(shù)，不斷提高工業(yè)機器人應(yīng)用水平，使工業(yè)機器人產(chǎn)品在符合現(xiàn)實需要的同時符合產(chǎn)業(yè)需要。工業(yè)機器人的發(fā)展為工業(yè)的發(fā)展注入了新的動力，也推動了機器人行業(yè)的進步，同時助推了機械智能化發(fā)展，助力了我國制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。