陸 雄

（湖南三一工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長沙 410129）

0 引言

數(shù)控機(jī)床是制造業(yè)應(yīng)用最廣泛、數(shù)量最多的機(jī)械設(shè)備，對(duì)廣大工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)與發(fā)展起到了極其重要的作用。在當(dāng)前倡導(dǎo)“工業(yè)4.0”與“中國制造2025”戰(zhàn)略的背景下，智能化制造已成為制造業(yè)發(fā)展的方向，而傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床已無法滿足現(xiàn)代企業(yè)智能化生產(chǎn)的需要。因此，推動(dòng)智能化技術(shù)改造尤為重要，對(duì)傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行智能化升級(jí)改造已成為一項(xiàng)十分重要的工作。

近年來，以工業(yè)機(jī)器人為代表的關(guān)鍵技術(shù)裝備發(fā)展迅速，為深入推進(jìn)智能化升級(jí)奠定了一定的基礎(chǔ)。探討將工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床相結(jié)合，運(yùn)用自動(dòng)測(cè)量技術(shù)和刀具自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)，組成智能制造單元，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的智能化升級(jí)。

1 智能制造單元整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

選用的數(shù)控機(jī)床為湖南三一工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院現(xiàn)有的一臺(tái)KVC650 立式加工中心。機(jī)器人采用現(xiàn)有的一臺(tái)ABB 工業(yè)機(jī)器人，完成工件的上料、下料及搬運(yùn)工作。增加自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)工件進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，配置自動(dòng)刀具檢測(cè)系統(tǒng)，構(gòu)造成一個(gè)基本的智能制造單元，實(shí)現(xiàn)整個(gè)加工過程的智能化。所有控制流程由數(shù)控機(jī)床通過編程來實(shí)現(xiàn)。

1.1 智能制造單元設(shè)備組成

設(shè)備平面布置如圖1 所示。

1.2 主要設(shè)備及裝置介紹

1.2.1 KVC650 立式加工中心

KVC650 型加工中心是三軸控制數(shù)控機(jī)床，可控制X、Y、Z三軸聯(lián)動(dòng)進(jìn)行直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)。該機(jī)床配備有自動(dòng)換刀裝置，刀庫容量為10 把刀具。可自動(dòng)連續(xù)地進(jìn)行鉆、銑、鏜、攻絲加工和輪廓的粗、精加工。該機(jī)床選配FANUC 0iMB 數(shù)控系統(tǒng)。主要規(guī)格參數(shù)如下：

圖1 設(shè)備平面布置

（1）工作臺(tái)縱向行程：650 mm。

（2）工作臺(tái)橫向行程：450 mm。

（3）主軸箱垂直行程：500 mm。

（4）主軸轉(zhuǎn)速范圍：60～6000 r/min。

（5）主軸錐孔：BT40。

（6）進(jìn)給速度（X，Y，Z）：5～8000 mm/min。

（7）快速移動(dòng)速度（X，Y，Z）：10 000 mm/min。

1.2.2 ABB 工業(yè)機(jī)器人采用的工業(yè)機(jī)器人型號(hào)為IRB1600，主要技術(shù)參數(shù)為：

（1）承重能力：荷重6 kg。

（2）工作范圍：到達(dá)距離1.2 m。

（3）位置重復(fù)精度：0.02 mm。

（4）關(guān)節(jié)數(shù)量：6。

1.2.3 氣動(dòng)精密平口鉗

氣動(dòng)精密平口鉗安裝在加工中心工作臺(tái)上，用于自動(dòng)裝夾待加工工件。

（1）規(guī)格：6 英寸。

（2）工作原理：氣液增壓。

（3）氣源壓力：0.7 MPa。

（4）最大夾緊力：5000 kg（可調(diào)）。

1.2.4 在線測(cè)量裝置

在線測(cè)量裝置的測(cè)頭部分安裝在刀庫中，通過換刀實(shí)現(xiàn)測(cè)頭的調(diào)用，通過數(shù)控機(jī)床編程進(jìn)行測(cè)量，檢測(cè)工件是否合格。

2 智能制造單元工作過程

2.1 智能制造單元控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)框圖如圖2 所示，CNC 數(shù)控裝置作為智能制造單元的控制核心，所有控制指令由CNC 控制系統(tǒng)發(fā)出，工業(yè)機(jī)器人協(xié)助完成工件的上、下料及搬運(yùn)工作。自動(dòng)測(cè)量裝置分為兩部分，測(cè)頭和接收器，測(cè)頭安裝在刀柄上，由數(shù)控程序控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量，接收器安裝在機(jī)床本體上，接收來自測(cè)頭的信號(hào)。氣動(dòng)平口鉗完成工件的夾緊和松開，防護(hù)門由氣缸驅(qū)動(dòng)起安全防護(hù)作用。工件料架存放待加工毛坯和加工好的成品。

圖2 控制系統(tǒng)

2.2 智能制造單元工作流程

數(shù)控程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)整個(gè)加工過程的控制，按下循環(huán)啟動(dòng)按鈕（或遠(yuǎn)程啟動(dòng)按鈕），主程序運(yùn)行，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。機(jī)床各軸運(yùn)行到指定位置，平口鉗松開，防護(hù)門打開。同時(shí)判斷料架是否有料，沒有料發(fā)出缺料信號(hào)，如果有料，數(shù)控機(jī)床發(fā)出上料指令，機(jī)器人將毛坯從料架搬運(yùn)到數(shù)控機(jī)床平口鉗位置，平口鉗夾緊，上料完成。數(shù)控機(jī)床自動(dòng)對(duì)刀，運(yùn)行加工程序，加工完成運(yùn)行測(cè)量程序，判斷零件是否合格，如果不合格，發(fā)出不合格報(bào)警，合格則運(yùn)行下料程序，判斷加工零件數(shù)是否達(dá)到設(shè)置值，少于設(shè)置值，繼續(xù)運(yùn)行上料程序，加工下一個(gè)零件。如果零件加工數(shù)量達(dá)到設(shè)置值，程序結(jié)束，實(shí)現(xiàn)零件自動(dòng)加工。工作流程如圖3 所示

圖3 智能制造單元工作流程

3 程序介紹

數(shù)控機(jī)床需要設(shè)計(jì)的程序有自動(dòng)上料和下料程序、防護(hù)門自動(dòng)開關(guān)程序、精密氣動(dòng)平口鉗程序及自動(dòng)測(cè)量程序。機(jī)器人設(shè)計(jì)4 個(gè)工作位置，機(jī)器人初始位置、機(jī)器人平口鉗位置、機(jī)器人料架毛坯位置和機(jī)器人料架成品位置。機(jī)器人根據(jù)數(shù)控機(jī)床CNC 發(fā)出的指令，移動(dòng)到相應(yīng)的工作位置。每次裝卸完工件，機(jī)器人回到初始位置。

4 結(jié)束語

通過對(duì)數(shù)控機(jī)床智能化升級(jí)的研究，將工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床有機(jī)結(jié)合起來，使數(shù)控機(jī)床的智能化水平大幅提升。實(shí)現(xiàn)省工省力、提高效率、保證質(zhì)量，滿足智能制造的要求。通過進(jìn)一步研究，還可以將這些技術(shù)擴(kuò)展到工業(yè)生產(chǎn)中，具有非常廣闊的發(fā)揮空間，為企業(yè)數(shù)控機(jī)床的智能化升級(jí)改造提供借鑒。