呂震宇 張瓚

摘 要：本文利用一臺ABB IRB1410型工業(yè)機器人與一臺FANUC數(shù)控加工中心進行聯(lián)接，根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和加工要求，通過編程調(diào)試，利用氣動手爪抓取零件托盤上的毛坯，放入數(shù)控加工中心工作臺上的氣動卡盤中，數(shù)控加工結(jié)束后，工業(yè)機器人將零件取出，放到托盤的原來位置，再抓取下一個零件放入氣動卡盤，實現(xiàn)了工業(yè)機器人與數(shù)控加工中心配合下的自動上下料，進一步提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動強度。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人；數(shù)控加工；上下料

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.009

0 引言

數(shù)控機床作為機械加工的一種核心設(shè)備，在機械零部件切削加工中發(fā)揮著重要的作用。但是長期以來，數(shù)控機床僅是作為獨立的單機投入到生產(chǎn)中。隨著科技的發(fā)展，工業(yè)機器人在各個領(lǐng)域的投入應(yīng)用，數(shù)控機床逐漸成為制造系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)和節(jié)點[1]。

工業(yè)機器人的應(yīng)用，對生產(chǎn)的自動化水平、生產(chǎn)效率都起到了提高作用，而且使工人的操作環(huán)境得到改善，人力成本也有了降低，最重要的是改善了產(chǎn)品的質(zhì)量，提高產(chǎn)品的附加值[2]?，F(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品正在逐步向個性化、定制化和小批量化發(fā)展，尤其是產(chǎn)品周期不斷縮短，更新越來越快，而品種越來越多，以往的剛性自動化生產(chǎn)設(shè)備、流水線或者專機己經(jīng)很難滿足如此多變和復(fù)雜的產(chǎn)品需求，工業(yè)機器人的柔性化恰好是解決這一矛盾的最佳解決方案之一[3]。

1 總體方案設(shè)計

本設(shè)計方案在一臺新浙NMC-50V型數(shù)控加工中心防護門前安裝一臺ABB IRB1410型工業(yè)機器人，機器人固定安裝；在工業(yè)機器人前端安裝氣動滑臺，在滑臺上安裝上料托盤；工業(yè)機器人與數(shù)控加工中心和氣動滑臺進行通信聯(lián)接。

工作時，機器人復(fù)位，上料托盤回到初始位置，在上料托盤規(guī)定位置擺放好零件毛坯后，按啟動按鈕，上料托盤在氣動滑臺的帶動下移動到工作位置。機器人從上料托盤的1號位置抓取毛坯，放入機床工作臺上的氣動卡盤中，氣動卡盤夾緊工件，機器人從機床內(nèi)部移出，關(guān)閉機床安全門，機床運行數(shù)控程序，開始加工。加工結(jié)束后，打開機床安全門，機器人進入機床，氣動卡盤松開，機器人手爪抓取氣動卡盤上加工完成的工件，移出機床，放回到上料托盤的1號位置。隨后，機器人手爪移動到上料托盤的2號位置，抓取毛坯進行加工，重復(fù)以上步驟，直至上料托盤中16個毛坯全部加工完成，氣動滑臺推動上料托盤返回初始位置，將加工好的工件取下，放上新的毛坯，繼續(xù)加工。機床上下料機器人系統(tǒng)工作流程圖見圖1。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計

（1）機械結(jié)構(gòu)設(shè)計。氣動滑臺設(shè)計。氣動滑臺一端連接料倉，一端連接工業(yè)機器人，滑臺上放置上料托盤，上料托盤可由氣缸帶動，在滑臺上往復(fù)移動，托盤上根據(jù)毛坯形狀設(shè)置有定位凹槽。上料托盤的工作位置應(yīng)確保在工業(yè)機器人工作范圍之內(nèi)，保證機器人手爪能夠抓取托盤上所有位置的工件。

手爪的設(shè)計。在工業(yè)機器人第六軸末端安裝平行氣動手爪，手指內(nèi)側(cè)設(shè)計成V型槽結(jié)構(gòu)，便于抓取圓柱狀工件，并在手指內(nèi)側(cè)貼有膠皮，增大摩擦力，保證抓取工件的牢固。

安全門設(shè)計。為了減少改造成本，沒有對數(shù)控加工中心的安全門進行自動化氣動改造。而是通過機器人軌跡編程，利用機器人手爪推動安全門上的把手，實現(xiàn)安全門的關(guān)閉和打開。

夾具設(shè)計。將數(shù)控加工中心的平口鉗更換為氣動卡盤，氣缸的控制下實現(xiàn)夾具的自動夾緊和松開。

（2）氣路設(shè)計。整個設(shè)計方案中，共設(shè)計3個氣路，分別聯(lián)接3個執(zhí)行機構(gòu)氣缸。1個聯(lián)接氣動滑臺氣缸，1個聯(lián)接機器人氣動手爪氣缸，1個聯(lián)接數(shù)控機床工作臺氣動卡盤氣缸。

3 系統(tǒng)程序設(shè)計

本方案設(shè)計了一個程序模塊，為了程序條例清晰，容易識讀和更改，在程序模塊中新建了13個例行程序。例行程序名稱和功能見表1。

4 結(jié)束語

通過增加氣動滑臺，更換數(shù)控機床工作臺氣動卡盤，將ABB IRB1410型工業(yè)機器人與數(shù)控機床相聯(lián)接，利用工業(yè)機器人進行自動上下料，實現(xiàn)了數(shù)控機床全自動加工生產(chǎn)，大幅提高了生產(chǎn)效率，減輕了工人的勞動強度。本方案還可以進一步推廣應(yīng)用到其他相關(guān)機床設(shè)備的技術(shù)升級和改造。

參考文獻：

[1]阮廣東，呂新明，何彥虎.基于ABB工業(yè)機器人上下料的FANUC數(shù)控加工中心改造關(guān)鍵技術(shù)[J].山東理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2018（02）：36-40.

[2]周永志，王義.工業(yè)機器人在數(shù)控機床中的應(yīng)用[J].金屬加工（冷加工），2012（12）：28.

[3]梁殿勝，江文明.工業(yè)機器人在機床上下料和零部件搬運中的應(yīng)用[J].機電信息，2014（27）：47-49.

項目來源：山東職業(yè)學(xué)院院級科研課題資助項目

項目名稱：工業(yè)機器人在數(shù)控加工中的應(yīng)用研究

作者簡介：呂震宇（1982-），男，山東濟南人，碩士研究生，講師，研究方向：機械制造。