吳宏輝

摘 要 目前，中國(guó)的制造水平還處在工業(yè) 2.0 與 3.0 之間，正從采用電力驅(qū)動(dòng)的機(jī)械體系向應(yīng)用電子信息技術(shù)來(lái)提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平方向發(fā)展。傳統(tǒng)的手工操作已經(jīng)不再適應(yīng)現(xiàn)代化企業(yè)的發(fā)展，由于工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，位置精度高，過(guò)載能力強(qiáng)，因此非常適用于機(jī)械零件的生產(chǎn)與加工生產(chǎn)線的自動(dòng)化改造。因此，本文改造設(shè)計(jì)一套基于工業(yè)機(jī)器人的智能生產(chǎn)線系統(tǒng)，針對(duì)汽車(chē)端蓋的加工過(guò)程進(jìn)行機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，減少了企業(yè)的人工成本，提高了企業(yè)生產(chǎn)車(chē)間自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率，并且產(chǎn)品的穩(wěn)定性也得到了大幅提高。

關(guān)鍵詞 自動(dòng)生產(chǎn)線;工業(yè)機(jī)器人;控制系統(tǒng)

本文設(shè)計(jì)的機(jī)床上下料機(jī)器人，以行走導(dǎo)軌作為輔助軸，同時(shí)負(fù)責(zé)兩臺(tái)數(shù)控車(chē)床兩臺(tái)數(shù)控加工中也的上下料工作。另外，系統(tǒng)中配置了由回轉(zhuǎn)上料機(jī)構(gòu)與取料機(jī)構(gòu)組成的自動(dòng)上料系統(tǒng)和自動(dòng)換夾具系統(tǒng)，并在取料臺(tái)上方安裝了視覺(jué)系統(tǒng)，將取料位置準(zhǔn)確的傳遞給機(jī)器人。當(dāng)更換加工產(chǎn)品時(shí)，機(jī)器人只需要做出有限調(diào)整就可以很快進(jìn)行不同產(chǎn)品的加工，具有適用性廣、功能性強(qiáng)等特點(diǎn)，可彌補(bǔ)常規(guī)的上下料機(jī)械手臂無(wú)法承擔(dān)加工產(chǎn)品多樣化和快速替換性的缺點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用與現(xiàn)代制造工廠。

1工業(yè)機(jī)器人控制的自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)組成

為了能充分發(fā)揮生產(chǎn)線最大的生產(chǎn)能力，設(shè)計(jì)過(guò)程中需要對(duì)該生產(chǎn)線的生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行考察和分析，從而進(jìn)行合理的場(chǎng)景規(guī)劃和設(shè)備布局。主要包括機(jī)器人的位置、工件所需的空間以及機(jī)器人運(yùn)行的安全范圍和安裝位置等。本文研究的工業(yè)機(jī)器人控制的自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)由兩臺(tái)數(shù)控車(chē)床、兩臺(tái)數(shù)控加工中心、工業(yè)機(jī)器人及外部軸行走導(dǎo)軌、回轉(zhuǎn)上料機(jī)構(gòu)、取料機(jī)構(gòu)、下料輸送線、中轉(zhuǎn)臺(tái)、機(jī)器人控制系統(tǒng)、外部設(shè)備控制系統(tǒng)、視覺(jué)系統(tǒng)等構(gòu)成[1]。

2自動(dòng)生產(chǎn)線的加工工藝流程

在機(jī)器人系統(tǒng)加工之前，已經(jīng)進(jìn)行了零件的粗加工和調(diào)制熱處理，該機(jī)器人系統(tǒng)只負(fù)責(zé)零件的精加工。針對(duì)本機(jī)器人系統(tǒng)的加工內(nèi)容，制定出零件加工工序。大致加工過(guò)程為：

（1）采用數(shù)控車(chē)床，用三爪卡盤(pán)夾持毛遠(yuǎn)左端外圓。

（2）掉頭，用三爪卡盤(pán)夾持毛坯右端?64.97外圓。

（3）采用三爪卡盤(pán)裝夾?64.97外圓，在數(shù)控加工中也上加工各孔。

由于機(jī)床卡爪的夾持范圍有限，為達(dá)到加工目的，一臺(tái)數(shù)控機(jī)床只能完成1個(gè)步驟的加工。因此，本零件加工需要使用兩臺(tái)數(shù)控車(chē)床完成步驟1和步驟2的動(dòng)作，使用一臺(tái)數(shù)控加工中心完成步驟3的動(dòng)作。最終，設(shè)計(jì)出工業(yè)機(jī)器人機(jī)床上下料工作站的工作流程。

（1）工作站系統(tǒng)啟動(dòng)機(jī)器人、上料機(jī)構(gòu)復(fù)位;

（2）上料機(jī)構(gòu)接收PLC信號(hào)，將毛坯件取出;

（3）機(jī)器人到上料機(jī)構(gòu)處取件，安裝到第一臺(tái)數(shù)控車(chē)床上;

（4）車(chē)削零件右端外形后，發(fā)送信號(hào)通知機(jī)器人取件;

（5）機(jī)器人取件后，掉頭，安裝到第二臺(tái)數(shù)控車(chē)床上;

（6）車(chē)削零件左端外形后，發(fā)送信號(hào)通知機(jī)器人取件;

（7）機(jī)器人取件后，安裝到第一臺(tái)數(shù)控銑床上;

（8）零件各孔加工完成后，發(fā)送信號(hào)通知機(jī)器人取件;

（9）機(jī)器人取件后，放置到下料輸送線上。

工業(yè)機(jī)器人安裝在行走導(dǎo)軌上，擺放在四臺(tái)數(shù)控機(jī)床之間，可在機(jī)床上下料系統(tǒng)中來(lái)回移動(dòng)，負(fù)責(zé)取料工作、四臺(tái)機(jī)床的上下料工作及放料工作?；剞D(zhuǎn)上料機(jī)構(gòu)與取料機(jī)構(gòu)相互配合，負(fù)責(zé)毛遠(yuǎn)件的自動(dòng)上料。工作時(shí)，工業(yè)機(jī)器人在視覺(jué)系統(tǒng)的引導(dǎo)下，準(zhǔn)確到達(dá)取料機(jī)構(gòu)的取料臺(tái)上取料，按順序送往數(shù)控機(jī)床內(nèi)進(jìn)行加工后，將零件放置到下料輸送線上[2]。

3機(jī)器人手爪設(shè)計(jì)

為提高生產(chǎn)節(jié)拍，本工作站的工業(yè)機(jī)器人手爪采用雙工位設(shè)計(jì)。機(jī)器人進(jìn)入機(jī)床前先將未加工零件夾持在工位1上。進(jìn)入機(jī)床后，使用工位2取下機(jī)床卡盤(pán)上的工件，旋轉(zhuǎn)180角，將工位1上的工件安裝到機(jī)床卡盤(pán)上。另外，本手爪不是直接安裝在機(jī)器人上的，而是通過(guò)快換接頭進(jìn)行的連接，快換接頭內(nèi)部有多條氣體通路，其上方的信號(hào)接頭提供了多條信號(hào)通路，方便手爪上的氣路連接和信號(hào)傳遞。

手爪使用三爪氣缸進(jìn)行夾持動(dòng)作，需要進(jìn)行相應(yīng)的氣路連接，手爪上的兩個(gè)王爪氣缸及快換接頭的氣路連接方法完全相同。通過(guò)三位五通的電磁閥進(jìn)行氣路的控制后，連接到手爪氣缸的進(jìn)氣和出氣口上。電磁閥的中位起到了斷電保持的作用。手爪和快換接頭的電磁閥，需要工業(yè)機(jī)器人發(fā)送相應(yīng)的信號(hào)來(lái)進(jìn)行持制。每個(gè)電磁閥與工業(yè)機(jī)器人輸出接口之間都連接了一個(gè)中間繼電器的線圈。而中間繼電器的常開(kāi)接頭連接到了電磁閥的控制電路中。另外，三爪氣缸的張開(kāi)與閉合，也需要對(duì)機(jī)器人進(jìn)行信號(hào)的反饋[3]。

4機(jī)器人I/O信號(hào)設(shè)計(jì)

工業(yè)機(jī)器人通過(guò)示教器進(jìn)行編程和控制，通過(guò)輸入接口、輸出接口及DeviceNET總線與外部設(shè)備進(jìn)行通信。其中，通過(guò)輸入接口輸入的信號(hào)主要包括了：數(shù)控車(chē)床1的輸入信號(hào)、數(shù)控車(chē)床2的輸入信號(hào)、加工中心1的輸入信號(hào)、加工中心2的輸入信號(hào)、機(jī)器人手爪的輸入信號(hào);通過(guò)輸出接口輸出的信號(hào)主要包括了：數(shù)控車(chē)床1的輸出信號(hào)、數(shù)控車(chē)床2的輸出信號(hào)、加工中心1的輸出信號(hào)、加工中心2的輸出信號(hào)、機(jī)器人手爪的輸出信號(hào);DeviceNET總線的通信信號(hào)主要包括工作臺(tái)各按鈕信號(hào)和視覺(jué)位置檢測(cè)數(shù)據(jù)。

為了抓取工件位置準(zhǔn)確，需要將視覺(jué)系統(tǒng)檢測(cè)到的X、Y方向偏移量通過(guò)PLC傳遞給工業(yè)機(jī)器人。該工作站操作臺(tái)上的各按鍵信號(hào)、取料臺(tái)上的檢測(cè)信號(hào)、放料臺(tái)上的檢測(cè)信號(hào)等，也通過(guò)總線串行通訊方式傳遞給機(jī)器人。

5結(jié)束語(yǔ)

隨著企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的多元化、人工成本的增加、產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高以及生產(chǎn)更加柔性化，工業(yè)機(jī)器人在機(jī)床上的應(yīng)用必定成為發(fā)展的一大趨向。隨著加工效率的不斷提升，越來(lái)越多的生產(chǎn)制造廠都將自動(dòng)上下料的方式引入到實(shí)際生產(chǎn)中。本文設(shè)計(jì)的機(jī)床上下料機(jī)器人能夠同時(shí)進(jìn)行4臺(tái)數(shù)控機(jī)床上下料的工作，能夠與各臺(tái)數(shù)控機(jī)床、外部控制器PLC、視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行通訊，大大節(jié)約了人力成本，增加了加工精度，提高了生產(chǎn)節(jié)拍，并保證不會(huì)與其他設(shè)備形成干擾，無(wú)任何安全隱患。

參考文獻(xiàn)

[1] 蘇淵博，李霞.基于PLC控制的機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)計(jì)[J].智能機(jī)器人，2016（11）：65-68.

[2] 李太勝.基于PLC控制的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2014（15）：26-27.

[3] 胡偉.工業(yè)機(jī)器人行業(yè)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)教程[M].北京：化械工業(yè)出版化，2015：72.