郭超

摘要：本文對(duì)數(shù)控機(jī)床技術(shù)進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)機(jī)器人群控智能制造系統(tǒng)，在實(shí)際案例中探究該系統(tǒng)的應(yīng)用方式，最后提出智能制造技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)。該系統(tǒng)可通過檢測臺(tái)自動(dòng)測量，將帶有誤差的工件傳遞到數(shù)控系統(tǒng)，由系統(tǒng)完成自動(dòng)補(bǔ)償，并利用機(jī)器人將工件抓取到指定位置，實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)輸。在實(shí)際應(yīng)用中，還應(yīng)通過智能分類資源、強(qiáng)化創(chuàng)新思維、引入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方式，提高機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)水平，以滿足智能制造技術(shù)要求。

關(guān)鍵詞：智能制造;機(jī)械設(shè)計(jì);技術(shù)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TH122? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）16-0196-02

0? 引言

在科技不斷發(fā)展下，我國制造業(yè)正逐漸從人工朝著智能機(jī)械方向轉(zhuǎn)變。一些工作環(huán)境惡劣、技術(shù)含量低的崗位逐漸用機(jī)器人來完成。與國外相比，我國機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)起步較晚，更應(yīng)牢牢把握智能制造時(shí)代機(jī)遇，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，本文研制的機(jī)器人群控智能制造系統(tǒng)，通過強(qiáng)化創(chuàng)新思維，引入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)各項(xiàng)資源智能分類等方式，可有效推動(dòng)國內(nèi)機(jī)械制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1? 數(shù)控機(jī)床技術(shù)

數(shù)控機(jī)床是集機(jī)械、液壓、氣壓與傳感器等技術(shù)為一體的自動(dòng)化設(shè)備，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中得到普遍應(yīng)用。在智能制造時(shí)代下，數(shù)控系統(tǒng)（CNC）逐漸成為核心控制器，可通過發(fā)送數(shù)字指令的方式對(duì)伺服系統(tǒng)與其他元件進(jìn)行控制，操控機(jī)床生產(chǎn)出所需工件，為機(jī)械設(shè)備與技術(shù)的智能化轉(zhuǎn)型提供極大幫助，其主要功能模塊（圖1）及技術(shù)特點(diǎn)如下：

①CNC作為數(shù)控機(jī)床控制核心，在出廠之前安裝CNC后，用戶不可隨意調(diào)整CNC的位置與速度，但可利用C語言對(duì)其進(jìn)行二次開發(fā);②CNC存儲(chǔ)器主要包括兩種，一種為隨機(jī)型SRAM，另一種為只讀F-ROM，前者包括PMC與CNC參數(shù)，后者包括PMC控制軟件與程序等。在通電狀態(tài)下，BOOT系統(tǒng)可將控制軟件運(yùn)輸?shù)紻-RAM內(nèi)，依照程序?qū)ζ鋵?shí)施CNC處理。在斷電狀態(tài)下，D-RAM內(nèi)的數(shù)據(jù)便會(huì)全部消失;③軸卡對(duì)數(shù)字伺服CPU具有控制作用，可對(duì)機(jī)床位置、速度與電流等進(jìn)行調(diào)節(jié)。將伺服CPU運(yùn)算結(jié)果經(jīng)過串行通信傳送給伺服放大器，由放大器對(duì)信號(hào)放大處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)通電并轉(zhuǎn)動(dòng)[1]。

2? 機(jī)器人群控智能制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

2.1 整體設(shè)計(jì)

機(jī)器人群控智能制造系統(tǒng)以車間機(jī)械工件加工為對(duì)象，設(shè)計(jì)機(jī)床上/下料、主/從站、數(shù)控加工、信息化管理等多個(gè)單元，通過系統(tǒng)內(nèi)各單元協(xié)調(diào)運(yùn)行，經(jīng)過自動(dòng)加工、檢測、運(yùn)輸與補(bǔ)償后，最終自動(dòng)入庫，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的智能制造。該系統(tǒng)內(nèi)主站單位為整個(gè)系統(tǒng)核心控制器，可對(duì)各個(gè)單元進(jìn)行實(shí)時(shí)管控，并與從站循環(huán)交換信息;從站單元包括自動(dòng)清洗、倉儲(chǔ)、自動(dòng)檢測與產(chǎn)品輸送等單元。該系統(tǒng)適用于小型車銑零件加工，完成自動(dòng)化裝夾、自動(dòng)排產(chǎn)、線內(nèi)清洗、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)裙δ?，有效提升產(chǎn)品質(zhì)量與加工效率，減少生產(chǎn)人員投入，提高生產(chǎn)效益[2]。

2.2 系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)功能主要通過不同單元狀態(tài)、人機(jī)交互、自主反饋等方式完成，可實(shí)現(xiàn)物理與信息系統(tǒng)協(xié)同，人與設(shè)備之間交互。在該系統(tǒng)運(yùn)行中，利用機(jī)床上/下料單元將待加工工件運(yùn)輸?shù)綌?shù)控加工單元，再根據(jù)總控單元指令完成工件加工，然后由上/下料單元將加工完畢的工件運(yùn)送到檢測單元，在檢測臺(tái)上自動(dòng)測量后，測量信息將上傳給總控單元，總控自動(dòng)剔除不合格工件，由數(shù)控系統(tǒng)對(duì)工件誤差進(jìn)行補(bǔ)償，再將不合格工件運(yùn)送到機(jī)床中加工，由機(jī)器人單元完成加工、檢測、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)炔僮?，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的智能制造。該系統(tǒng)中機(jī)器人卡爪帶有傳感器，一旦抓取工件失敗會(huì)自動(dòng)糾正，再次抓取，從而實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)輸。該系統(tǒng)主要功能如下：①倉儲(chǔ)單元，對(duì)原材料、殘次品與成品等進(jìn)行自動(dòng)出入庫管理;②數(shù)控加工，主要負(fù)責(zé)產(chǎn)品加工;③自動(dòng)檢測，依靠自動(dòng)檢測技術(shù)，保障產(chǎn)品質(zhì)量與工業(yè)全閉環(huán)相符;④自動(dòng)清洗烘干，對(duì)工件自動(dòng)清洗、烘干;⑤信息管理單元，采用信息手段對(duì)機(jī)床上下料、數(shù)控單元運(yùn)行過程動(dòng)態(tài)監(jiān)控，并對(duì)機(jī)器人運(yùn)行中的關(guān)鍵信息進(jìn)行處理，實(shí)時(shí)監(jiān)測機(jī)器人運(yùn)行全過程，保障設(shè)備持續(xù)運(yùn)行，降低停機(jī)頻率，使加工程序管理更加高效，同時(shí)也方便對(duì)設(shè)備進(jìn)行科學(xué)維護(hù)。

2.3 應(yīng)用方法

在系統(tǒng)運(yùn)行期間，當(dāng)機(jī)器人抓取到相應(yīng)工件并運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)后，可將信號(hào)發(fā)送給數(shù)控機(jī)床，要求其開啟防護(hù)門。本文對(duì)機(jī)器人與機(jī)床間的信號(hào)傳遞進(jìn)行重點(diǎn)分析。

2.3.1 機(jī)器人發(fā)送信號(hào)，機(jī)床接收

在該狀態(tài)下，機(jī)器人程序語句為：Signal：通知機(jī)床開啟防護(hù)門;然后查看機(jī)器人的接口地址，因機(jī)器人與主站間依靠I/O通信，可參考主站地址，對(duì)機(jī)器人傳輸信息與接口地址進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)圖紙可獲取機(jī)器人輸出signal硬件接口為OUT1，與之相對(duì)應(yīng)的主站信號(hào)為I0.4;在確定輸入信號(hào)后，可在S7-300PLC中設(shè)計(jì)邏輯程序，根據(jù)S7-300與S7-200間的通信協(xié)議，得出S7-300信號(hào)與S7-200信號(hào)的V0.4相對(duì)應(yīng)。在對(duì)機(jī)床PMC程序設(shè)計(jì)時(shí)，可先對(duì)S7-200信號(hào)接口地址Q0.1進(jìn)行分析，與之對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)為X0.1，在PMC中程序設(shè)計(jì)如圖2所示。當(dāng)信號(hào)Y6.4為1時(shí)，將繼電器與接觸器相結(jié)合，可觸發(fā)防護(hù)門，使電磁閥與防護(hù)門開啟。待機(jī)床加工工件結(jié)束后，防護(hù)門便會(huì)自動(dòng)開啟，此時(shí)液壓卡盤也會(huì)松開，機(jī)器人在接收信號(hào)后便會(huì)來抓取工件[3]。

2.3.2 機(jī)床發(fā)送信號(hào)，機(jī)器人接收

當(dāng)機(jī)床防護(hù)門與液壓卡盤到位后，便會(huì)發(fā)出信號(hào)Y6.0。機(jī)床從站通過I/O通信方式對(duì)硬件接口地址進(jìn)行查看，并與主站地址相對(duì)比，由此設(shè)計(jì)S7-200輸出與輸入信號(hào)地址。根據(jù)圖紙可知，機(jī)床加工完成信號(hào)M24對(duì)S7-200PLC進(jìn)行觸發(fā)，輸入信號(hào)為I1.3;在確定輸入信號(hào)后，可在PLC中設(shè)計(jì)邏輯程序，根據(jù)通信協(xié)議，由S7-200輸出信號(hào)與S7-300輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)，可將輸出信號(hào)發(fā)送給機(jī)器人。根據(jù)圖紙，將S7-300的輸出信號(hào)分別表示為Q0.3、Q0.4與Q0.5，分別對(duì)輸入的IN1、IN2與IN3機(jī)器人信號(hào)相對(duì)應(yīng)，利用AS語言可將其轉(zhuǎn)變?yōu)?001、1002與1003，由此可對(duì)機(jī)器人程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，即wait：1001、1002、1003三個(gè)信號(hào)。待滿足等待條件后，機(jī)器人便會(huì)移動(dòng)到指定位置，按照事先設(shè)定的指令抓取工件，并將其移動(dòng)到指定地點(diǎn)，順利完成抓取任務(wù)。

2.3.3 數(shù)控PMC程序應(yīng)用

PMC程序依靠梯形圖的方式表示，將程序在內(nèi)部轉(zhuǎn)化為某格式，CPU對(duì)其進(jìn)行譯碼，并將結(jié)果傳入ROM中保存。利用CPU可快速讀取存儲(chǔ)器內(nèi)的各條指令，通過計(jì)算執(zhí)行相應(yīng)程序。在數(shù)控機(jī)床應(yīng)用中，刀具選擇、輔助動(dòng)作與開關(guān)均要通過PMC來完成，控制信號(hào)流程如圖3所示。

在加工程序指令應(yīng)用中，M代碼利用4字節(jié)二進(jìn)制數(shù)輸出，以M03為例對(duì)代碼流程進(jìn)行分析。在代碼輸出后，可對(duì)指令MF信號(hào)進(jìn)行讀取，這就意味著輸出M信號(hào)已經(jīng)確定。在利用PMC進(jìn)行代碼編譯時(shí)，利用DECB指令，可一次性對(duì)8個(gè)代碼進(jìn)行編譯。一旦主軸正轉(zhuǎn)指令被實(shí)施后，正轉(zhuǎn)信號(hào)便會(huì)變成1。在M功能完畢后，代碼會(huì)變成0，此時(shí)MD0.3信號(hào)與會(huì)變?yōu)?。要想在同一個(gè)程序段完成移動(dòng)、暫停等指令時(shí)，還應(yīng)等待分配信號(hào)。該信號(hào)可向PMC發(fā)送主軸、輔助與道具等功能，并對(duì)PMC側(cè)的完成信號(hào)狀態(tài)進(jìn)行控制。

3? 智能制造時(shí)代下機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

在國內(nèi)機(jī)械制造的實(shí)際發(fā)展中，因智能化水平較低，導(dǎo)致信息集成度降低、共享性減弱，不利于智能技術(shù)在機(jī)械制造中的充分應(yīng)用。針對(duì)上述問題，可通過智能分類資源、強(qiáng)化創(chuàng)新思維、引入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方式，使機(jī)械制造更加智能，滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展需求。

3.1 智能分類資源

在機(jī)械制造期間，應(yīng)將產(chǎn)品與工藝有機(jī)結(jié)合起來，使資源得到合理分配，使智能制造效率與質(zhì)量得到有效保障。對(duì)此，可設(shè)計(jì)合理方式對(duì)整體機(jī)械制造過程進(jìn)行模擬，及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)械制造中存在的問題。通過創(chuàng)建資源共享中心，對(duì)機(jī)械制造情況實(shí)時(shí)監(jiān)督，將生產(chǎn)制造數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到系統(tǒng)內(nèi)。在制造過程中，通過讀取產(chǎn)品要求的方式調(diào)整工藝，使其與生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)相符合。當(dāng)檢測器發(fā)出預(yù)警信號(hào)后，需要工作人員及時(shí)設(shè)置系統(tǒng)信息，確保其應(yīng)用效果。

3.2 強(qiáng)化創(chuàng)新思維

在智能制造背景下，應(yīng)將創(chuàng)新思維引入制造設(shè)計(jì)中，不但使制造技術(shù)得以優(yōu)化，還要結(jié)合生產(chǎn)情況進(jìn)行創(chuàng)新，更有利于智能制造的長遠(yuǎn)發(fā)展。對(duì)此，應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)交流，學(xué)習(xí)發(fā)達(dá)國家的智能技術(shù)，并對(duì)其補(bǔ)充和完善，挖掘信息背后的價(jià)值，將其作為參考依據(jù)，為未來智能制造設(shè)計(jì)技術(shù)更新?lián)Q代提供助力，彌補(bǔ)國內(nèi)智能制造方面的技術(shù)缺口。

3.3 引入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可為數(shù)據(jù)傳輸提供有利通道，使傳輸內(nèi)容更加準(zhǔn)確全面，推動(dòng)智能機(jī)械技術(shù)更新優(yōu)化甚至換代;網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用還打破傳統(tǒng)的加工方式方法，通過變量調(diào)整控制整個(gè)機(jī)械運(yùn)行流程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)制造過程的遠(yuǎn)程監(jiān)控;網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用還可將系統(tǒng)指令迅速傳遞到生產(chǎn)中，使制造效率與質(zhì)量顯著提升;由于機(jī)械制造工藝的復(fù)雜性，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可有效支持對(duì)大量所需需材料的信息對(duì)比，擇優(yōu)選擇，顯著提升機(jī)械制造水平。

4? 結(jié)論

綜上所述，在現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展中，以數(shù)控系統(tǒng)為核心，設(shè)計(jì)并應(yīng)用機(jī)器人群控智能制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)輸是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品智能制造的有益探索。在實(shí)際應(yīng)用中，還應(yīng)通過智能分類資源、強(qiáng)化創(chuàng)新思維、引入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方式，不斷提高智能機(jī)械制造水平，實(shí)現(xiàn)由人工到機(jī)器的過渡，提高運(yùn)行效率，推動(dòng)國內(nèi)制造業(yè)的健康長久發(fā)展。

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