經(jīng) 韜,李 麒

(1．黑龍江省科學(xué)院高技術(shù)研究院，黑龍江 哈爾濱 150001；2．黑龍江省科學(xué)院智能制造研究所，黑龍江 哈爾濱 150090）

1 引言

本文針對某生產(chǎn)車間成系列加工件的數(shù)控車削生產(chǎn)工藝開展深入研究，以ABB IRB2600機械手[1-3]為核心柔性單元，西門子S7-1200系列PLC[4-5]為過程控制單元，圍繞現(xiàn)有的單機數(shù)控車床設(shè)計一種自動上下料輸送裝備，以期提高生產(chǎn)該系列加工件的作業(yè)效率。

2 裝備總體方案設(shè)計

2.1 裝備設(shè)計要點

本文所設(shè)計數(shù)控車床自動上下料輸送裝備的總體方案如圖1所示，主要由主控制柜3、ABB 分控器4、上料輸送機5、IRB2600 機械手7、數(shù)控車床8、超聲清洗烘干機6、影像測量儀2、下料輸送機1等設(shè)備機構(gòu)組成，其設(shè)計要點如下：

(1) 數(shù)控車床8為生產(chǎn)車間的原有設(shè)備，其他設(shè)備機構(gòu)的設(shè)計、選型及空間布局均以數(shù)控車床8的原有生產(chǎn)節(jié)拍和工藝要求為初始參考依據(jù)；

(2) 主控制柜3 包含一套工業(yè)計算機和一臺西門子S7-1200 系列PLC 的主控單元，工業(yè)計算機用于提供人機交互接口，可利用網(wǎng)絡(luò)交換機實現(xiàn)與PLC 主控單元以及其他設(shè)備間的通訊，PLC 主控單元用于獲取各個設(shè)備提供的開關(guān)量信號并對它們進行過程控制；

(3) ABB 分控器4 遵循主控制柜3 發(fā)出的過程控制指令，操控IRB2600機械手7按事先編寫的程序逐一完成規(guī)定動作并將結(jié)果實時反饋至主控制柜3；

(4) IRB2600 機械手7 是整個裝備的柔性單元，可拾取上料輸送機5傳遞的工件坯料，將其夾持至數(shù)控車床8進行加工，并將加工好的工件夾持至超聲清洗烘干機6進行表面清理，之后將清理好的工件夾持至影像測量儀2進行尺寸檢測，最后將檢測完畢的工件放置于下料輸送機1上以便后續(xù)相關(guān)作業(yè)的開展；

(5) 上料輸送機5、下料輸送機1 分別負責(zé)接收來自上道工序的工件坯料并將加工好的工件傳遞至下道工序，二者各擁有一臺艾莫迅ETH-MODBUS 開關(guān)量采集模塊，可通過以太網(wǎng)RJ45 接口與主控制柜3 中的S7-1200 PLC主控單元進行通訊并受其控制；

(6) 超聲清洗烘干機6可對數(shù)控車床8生產(chǎn)的加工件進行清洗和烘干，以去除工件表面的切屑、灰塵等雜質(zhì)。該設(shè)備內(nèi)含的循環(huán)泵、超聲波發(fā)生器、電磁閥等開關(guān)元件由主控制柜3 中的S7-1200PLC 主控單元通過繼電器進行控制；

(7) 影像測量儀2 用于檢測清理好的加工件是否符合工藝要求，其檢測程序按工藝要求單獨編寫，可通過TCP/IP 通訊協(xié)議由主控制柜3 中的工業(yè)計算機按照具體的加工件型號類別配套調(diào)用。

2.2 裝備工藝流程

數(shù)控車床自動上下料輸送裝備工藝流程的動作要點及核心目的如表1所示，可分為13 個子步驟。由于原數(shù)控車床加工生產(chǎn)多種型號尺寸的軸類零件，其長短大小以及機械手可夾持的位置不盡相同，因此需要通過實驗示教的方法確定每種型號加工件對應(yīng)IRB2600機械手的運動特征點位，編寫出合適的機械手運動軌跡程序。此外，裝備選用的影像測量儀也屬于相對獨立的設(shè)備，需要針對每種型號的加工件編寫對應(yīng)的檢測程序。可以得知，每種型號的加工件應(yīng)配套編寫與之相適應(yīng)的數(shù)控車床加工程序、機械手運動程序以及影像測量儀檢測程序，在確定加工件型號的同時，由裝備進行調(diào)用。

表1 自動上下料輸送裝備工藝流程

3 裝備電控系統(tǒng)設(shè)計

3.1 ABB IRB2600機械手簡介

IRB2600機械手是ABB公司“鋒芒一代”系列工業(yè)機器人的經(jīng)典型號，其性能參數(shù)如表2所示。該機型機身緊湊、負載能力強、設(shè)計優(yōu)化，適合弧焊、物料搬運、上下料等目標(biāo)應(yīng)用，其重復(fù)工作精度為同類產(chǎn)品之最，操作速度更快，生產(chǎn)節(jié)拍與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相比最多可縮減25%，工作范圍超大，可靈活選擇落地、壁掛、支架、斜置、倒裝等安裝方式。綜合考慮IRB2600 機械手的各種優(yōu)秀性能，本文決定采用該型號機械手及其配套的IRC5 單柜控制器作為數(shù)控車床自動上下料輸送裝備的核心柔性單元。

表2 IRB2600機械手性能參數(shù)

3.2 電控系統(tǒng)的搭建

數(shù)控車床自動上下料輸送裝備電控系統(tǒng)的技術(shù)路線如圖2所示，其中設(shè)備間的通訊依靠一臺研華Industrial Ethernet Switch網(wǎng)絡(luò)交換機實現(xiàn)；數(shù)控車床為原生產(chǎn)車間使用的沈陽機床廠出品的HTC40E 數(shù)控車床，可通過加裝一臺艾莫迅ETH-MODBUS-IO16R開關(guān)量采集模塊讀取和傳遞系統(tǒng)過程控制所需的開關(guān)量信號；S7-1200-1211C 主控單元負責(zé)按照表1出示的工藝流程獲取各個設(shè)備提供的開關(guān)量信號并對它們進行過程控制，其主程序0B1的梯形圖如圖3-圖9所示。

4 結(jié)束語

本文以ABB IRB2600機械手為核心柔性單元，西門子S7-1200 系列PLC 為過程控制單元，圍繞現(xiàn)有的單機數(shù)控車床設(shè)計了一種自動上下料輸送裝備。該裝備配有上料輸送機、超聲清洗烘干機、影像測量儀、下料輸送機等設(shè)備，可在原有對工件坯料進行數(shù)控車削的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對加工件的自動上、下料及其表面清理、精度檢測等工作，擴展了原有設(shè)備的使用功能，提高了生產(chǎn)車間的作業(yè)效率。