于聯(lián)周 李 曼 張 波

（1.沈陽城市建設(shè)學(xué)院，遼寧 沈陽 110167；2.蘇州怡合達(dá)自動化科技有限公司，江蘇 昆山 215341）

0 引言

數(shù)控機床是數(shù)字控制機床的簡稱，是裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床。該控制系統(tǒng)能夠有邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序并對其進行譯碼，將其轉(zhuǎn)換為代碼化的數(shù)字，通過信息載體輸入數(shù)控裝置[1]。經(jīng)過運算和處理，由數(shù)控裝置發(fā)出各種控制信號，從而控制機床的動作，按照圖紙要求的尺寸和輪廓自動加工零件。數(shù)控機床可以較好地解決精密、復(fù)雜、多品種以及小批量的零件加工問題，具有高效能、柔性的特點，它代表現(xiàn)代化機床控制的發(fā)展方向，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。Fanuc 數(shù)控系統(tǒng)是現(xiàn)代生產(chǎn)中最常見的數(shù)控系統(tǒng)之一，可最多實現(xiàn)5 軸聯(lián)動且具備高精度CS 輪廓控制及AI 輪廓控制，同時具備高性能FSSB串行伺服總線，在工業(yè)自動化領(lǐng)域處于國際一線水平。

工業(yè)機器人一般在機械制造業(yè)中代替人完成大批量、高質(zhì)量要求的工作，例如汽車制造、摩托車制造、艦船制造、某些家電產(chǎn)品以及化工等行業(yè)自動化生產(chǎn)線（點焊、弧焊、噴漆、切割以及電子裝配）和物流系統(tǒng)（搬運、包裝以及碼垛）中的相關(guān)工作[2]。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）將工業(yè)機器人定義為具備自動控制和重復(fù)編程功能，可以多自由度開展工作的操作機，它能通過搬運材料、工件或操持工具來完成各種作業(yè)[3]。ABB 工業(yè)機器人作為機器人領(lǐng)域四大家族成員之一，是工業(yè)領(lǐng)域最常用的機器人之一。

1 我國自動化發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，我國的自動化水平發(fā)展迅速，主要體現(xiàn)在以下2 個方面：1） 國家的大力支持。工業(yè)發(fā)達(dá)城市基本上都實施產(chǎn)業(yè)升級、機器換人等相關(guān)戰(zhàn)略規(guī)劃，也出臺了一些扶持政策。2） 從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來看，新能源、汽車、家電以及消費電子這些行業(yè)的自動化程度相對比較高，主要是因為這些產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品附加值相對比較高。自動化程度的高低可以反映一個行業(yè)的整體發(fā)展水平，自動化程度越高，整體發(fā)展水平也越高。隨著我國人口紅利逐步消失，工業(yè)領(lǐng)域的用工成本也越來越高，因此自動化取代人力勞動已成不可逆的趨勢。

數(shù)控機床自動化多采用PLC 進行總線控制，這種適合大型生產(chǎn)線的生產(chǎn)與規(guī)劃對單島型數(shù)控機床與單臺機器人來說容易造成浪費PLC 資源的現(xiàn)象，同時在控制過程中，通過PLC 總線控制，會出現(xiàn)0.08 ms 的系統(tǒng)T 圖掃描延時。因此，該文提出一種針對單島型數(shù)控機床與單臺工業(yè)機器人連接控制的方式，即將數(shù)控系統(tǒng)作為上位機，通過數(shù)控機床I/O 點與工業(yè)機器人I/O 點進行通信，從而達(dá)到協(xié)作運動的目的，最終通過數(shù)控機床的數(shù)控程序，在相應(yīng)節(jié)點控制機器人完成規(guī)定的動作，可控制機器人完成數(shù)控機床的自動化上下料或其他類似動作，進而完成整個動作循環(huán)。

2 I/O 點介紹

2.1 數(shù)控機床I/O 點

該文以沈陽機床VMC850E 為例，該設(shè)備系統(tǒng)選用Fanuc-Oi-MF 數(shù)控系統(tǒng)，設(shè)備共配置24 個輸入點，可以對外部信號進行識別與讀取，分別為X4.0～X4.7、X8.0～X8.7 以及X9.0～X9.7，共計24 個輸入信號點。在24 個輸入信號中，可分配給用戶使用的為X4.6、X4.7、X8.6、X8.7、X9.6 以及X9.7，而X4.7 多數(shù)作為探頭及對刀儀的快速跳轉(zhuǎn)信號，一般不作為其他設(shè)備的輸入點，該文選用X8.6、X8.7、X9.6 以及X9.7 作為外部信號的輸入點。選用Y2.0、Y2.1 作為外部信號的輸出點。

2.2 ABB 工業(yè)機器人I/O 點（IRB120）

IRB120 Compact 控制器包括附加軸A-XS8、電源電纜連接器、連接器B-XS4 FlexPendant、連接器C-XS7 I/O、安全連接器D-XS9、電源電纜連接器E-XS1、電源輸入連接器F-XS0、電源連接器G-XS10、連接器H-XS11 DeviceNet、信號電纜連接器I-XS41、信號電纜連接器J-XS2、軸選擇器連接器K-XS13、附加軸L-XS12 以及信號電纜連接器。如圖1 所示。

圖1 IRB120 Compact 控制器

該文所用到的I/O 連接器XS7 是指機器人控制柜端的連接器，與之對應(yīng)的客戶接線端連接器為XP7。XP7 的1～8端子對應(yīng)的是XS7 的1～8 號，即DSQC652 的do1～do8 的輸出信號；9～10 號端子對應(yīng)的是XS7 的9～10 號，9 號接0 V，10 號接24 V；11～18 號端子對應(yīng)的是XS7 的11～18 號，即DSQC652 的do9～do16 的輸出信號；19～20 號端子對應(yīng)的是XS7 的19～20 號，因為其在內(nèi)部已與9～10 號短接好，所以連接時可忽略；21～28 號端子對應(yīng)的是XS7 的21～28 號，即DSQC652 的di1～di8 的輸入信號；29～30 號端子對應(yīng)的是XS7的29～30 號，29 號接0 V，30 號為空；31～38 號端子對應(yīng)的是XS7 的31～38 號，即DSQC652 的di9～di16 的輸入信號；39～40 號端子對應(yīng)的是XS7 的39～40 號，因為其在內(nèi)部已經(jīng)與29 號短接好，所以連接時可忽略[4]。

3 數(shù)控機床PMC、機器人程序及線纜連接

3.1 數(shù)控機床PMC 及程序

FANUC 數(shù)控系統(tǒng)中F 信號是系統(tǒng)側(cè)的輸入信號，G 是系統(tǒng)側(cè)的輸出信號，X 是機床外部輸入信號，Y 是機床外部輸出信號，其關(guān)系如圖2 所示。

圖2 數(shù)控機床信號關(guān)系圖

3.1.1 通過外部信號進行程序選擇

數(shù)控機床外部信號只能通過數(shù)控機床I/O 板傳遞給PMC，而不能直接傳給CNC，如果想在數(shù)控程序中識別外部輸入信號，那么可以通過PMC 將外部輸入的X 信號轉(zhuǎn)換為G 信號，再通過系統(tǒng)變量與G 信號建立關(guān)系，最后通過用戶宏變量訪問系統(tǒng)變量，從而獲得數(shù)控程序可讀取的信號。系統(tǒng)變量與G 信號的對應(yīng)關(guān)系見表1，系統(tǒng)變量與F 信號的對應(yīng)關(guān)系見表2。

表1 系統(tǒng)變量與G 信號對應(yīng)關(guān)系

表2 系統(tǒng)變量與F 信號對應(yīng)關(guān)系

在Fanuc 數(shù)控系統(tǒng)中，需要將ABB 工業(yè)機器人的輸出點作為數(shù)控機床的外部信號點并與系統(tǒng)變量#1000、#1001、#1002 以及#1003 建立聯(lián)系，將該機器人的輸出點接入數(shù)控機床的X8.7、X9.7，采用二進制讓系統(tǒng)讀取外部信號輸入點，在PMC 中通過X8.7、X9.7 與G54.0-G54.3 建立連接，信號點見表3，T 型圖如圖3 所示。如果在數(shù)控程序中調(diào)用4 個程序不能滿足生產(chǎn)需求，再引入其他輸入點或擴充輸入點。

圖3 信號X 信號G 連接關(guān)系T 型圖

表3 輸入信號與系統(tǒng)變量對應(yīng)關(guān)系

在程序中，將系統(tǒng)變量#1000、#1001、#1002 以及#1003賦值給用戶變量#1、#2、#3 以及#4，進而在程序中使用相關(guān)變量，當(dāng)#1 為1 時，程序調(diào)用O1101 子程序；當(dāng)#2 為1時，程序調(diào)用O1102 子程序；當(dāng)#3 為1 時，程序調(diào)用O1103子程序；當(dāng)#4 為1 時，程序調(diào)用O1104 子程序。數(shù)控系統(tǒng)的程序如下。

3.1.2 通過外部信號重新啟動M00

數(shù)控程序在遇到暫停程序指令（M00）后，會進入無條件暫停狀態(tài)，直到有信號再次激發(fā)CYCLE_START（G7.2）信號，中間繼電器R326.6 一次得電就可以再次啟動數(shù)控程序。在T 型圖中，R1056.4 為矩陣面板中的循環(huán)啟動按鍵，通過R1056.4 可控制線圈R326.6。

為了實現(xiàn)通過X8.6、X9.6 對線圈R326.6 進行控制的目標(biāo)，將其并聯(lián)到R1056.4 上，當(dāng)工業(yè)機器人輸出相應(yīng)指令時，通過X8.6 或X9.6 再次啟動數(shù)控程序，如圖4 所示。

圖4 X8.6、X9.6 并聯(lián)T 型圖

在Fanuc 矩陣面板中，中間繼電器R10.7、R11.0、R11.1以及R11.2 分別對應(yīng)輔助功能代碼M10、M11、M12 以及M13，為方便通過數(shù)控程序輸出外部信號，在PMC 中將其與機床輸出信號連接在一起，T 型圖如圖5 所示。之后將機床輸出點信號Y2.0、Y2.1 連接到工業(yè)機器人的輸入點并與機器人進行通信。

圖5 機床輸出信號T 型圖

3.2 ABB 工業(yè)機器人程序

在工業(yè)機器人中，可以接收數(shù)控機床的外部輸出信號Y作為ABB 工業(yè)機器人的輸入信號di，同時還可以輸出信號do，作為數(shù)控機床的外部輸入信號X，其接線連接如圖6 所示。

圖6 機器人與數(shù)控機床線纜連接圖

4 結(jié)論

該文介紹了ABB 工業(yè)機器人與Fanuc 系統(tǒng)數(shù)控機床進行通信連接的方式，在使用過程中，須靈活處理，例如根據(jù)調(diào)用程序的多少，可適當(dāng)增減數(shù)控機床程序控制輸入點個數(shù)。同時，通過二進制編程方式對T 型圖進行更改。當(dāng)控制數(shù)控M00 時，該文采用T 型圖與循環(huán)啟動開關(guān)并聯(lián)的方式進行再次啟動，可以為數(shù)控機床與ABB 工業(yè)機器人通信配合使用提供參考。