基于機(jī)器人的新型機(jī)床上下料設(shè)備

張朝暉

摘要：本文提出一種新型機(jī)床上下料和劣品自動(dòng)剔除技術(shù)，對(duì)工件的生產(chǎn)環(huán)節(jié)和優(yōu)劣產(chǎn)品的自動(dòng)篩選做了系統(tǒng)的介紹，設(shè)計(jì)了機(jī)器人與PLC相結(jié)合的自動(dòng)上下料機(jī)械結(jié)構(gòu)和優(yōu)劣產(chǎn)品自動(dòng)分離的技術(shù)，詳細(xì)描述了該系統(tǒng)的控制過(guò)程，從而證明了該設(shè)計(jì)具有判別準(zhǔn)確、生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定、工作節(jié)拍可調(diào)、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人;聯(lián)動(dòng);控制

中圖分類號(hào)：TP391.76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）06-0010-02

0 引言

在工業(yè)自動(dòng)化程度迅猛發(fā)展的今天，提高數(shù)控機(jī)床的工作效率，實(shí)現(xiàn)機(jī)床上下料的自動(dòng)化和智能化已經(jīng)迫在眉睫[1]。機(jī)械制造業(yè)的工作在高污染、高溫或外部環(huán)境惡劣的領(lǐng)域，工業(yè)機(jī)器人的超強(qiáng)適應(yīng)性得到了充分的體現(xiàn)，其模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、靈活的控制系統(tǒng)、專用的應(yīng)用軟件能夠滿足制造行業(yè)整個(gè)自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)域的最新要求[2]。

1 設(shè)計(jì)目的及方案

零件的加工裝配過(guò)程中，其供給上料、下料及搬運(yùn)等工序所占時(shí)間約為全部工時(shí)的2/3以上，費(fèi)用約占全部費(fèi)用的1/3，而且由于工作人員的疏忽導(dǎo)致操作失誤，絕大部分事故都發(fā)生在這些工序中[3]。當(dāng)配備了自動(dòng)上下料裝置后，機(jī)床在完成一個(gè)加工循環(huán)后自動(dòng)裝卸工件，整個(gè)加工能連續(xù)完成，杜絕安全隱患，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)加工，提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

本設(shè)計(jì)方案為聯(lián)線自動(dòng)化設(shè)備，該設(shè)計(jì)主要分為四個(gè)單元，包括機(jī)器人單元、PLC單元、檢測(cè)單元。機(jī)器人單元用來(lái)接收抓取工位、數(shù)控機(jī)床卡盤(pán)狀態(tài)、安全門(mén)等狀態(tài)信號(hào)，通過(guò)輸出接口執(zhí)行不同的動(dòng)作;PLC用來(lái)保證兩個(gè)機(jī)器人在整個(gè)流水線上能夠聯(lián)動(dòng)工作;檢測(cè)單元是機(jī)床上下料設(shè)備中保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，主要用來(lái)剔除不良的工件，從而確保產(chǎn)品的優(yōu)良性。上位機(jī)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、工件完成數(shù)量等進(jìn)行監(jiān)測(cè)[4]。

2 整體設(shè)計(jì)

2.1 工作流程設(shè)計(jì)

基于機(jī)器人的新型機(jī)床上下料設(shè)備的工藝流程設(shè)計(jì)是根據(jù)工件的實(shí)際情況，工作流程如圖1所示。首先工人把待加工的毛坯工件放到傳送帶上，隨傳送帶一起向前運(yùn)動(dòng)，當(dāng)光電開(kāi)關(guān)A檢測(cè)到物件時(shí)，氣桿B動(dòng)作，將毛坯推向傳送帶邊側(cè)的斜槽C1處，這時(shí)，傳送帶和機(jī)器人OP10同時(shí)接收到信號(hào)，傳送帶停止運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人開(kāi)始動(dòng)作安全門(mén)打開(kāi)，OP10上料機(jī)器人抓料，機(jī)器人雙抓手形式可實(shí)現(xiàn)上料和下料同時(shí)進(jìn)行，先把OP10機(jī)床加工完成半成品工件抓下，再同時(shí)把毛坯料放入數(shù)控加工機(jī)床1工位卡盤(pán)處，安全門(mén)關(guān)閉，當(dāng)機(jī)器人把毛坯抓走時(shí)，傳送帶接著運(yùn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床工位卡盤(pán)的狀態(tài)由OP10機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)情況反饋進(jìn)行控制，當(dāng)抓手處于抓取毛坯工件時(shí)卡盤(pán)是處在松開(kāi)狀態(tài)，當(dāng)抓手處于松開(kāi)狀態(tài)時(shí)卡盤(pán)是壓緊工件狀態(tài)。機(jī)器人OP10把數(shù)控機(jī)床1加工好的毛坯半成品放到傳送帶上，當(dāng)光電開(kāi)關(guān)a檢測(cè)到毛坯半成品時(shí)，氣桿b動(dòng)作， 將毛坯半成品推向傳送帶邊側(cè)的斜槽C2處，這時(shí)，傳送帶和機(jī)器人OP20同時(shí)接收到信號(hào)，傳送帶停止運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人OP20動(dòng)作安全門(mén)打開(kāi)，先把數(shù)控加工車(chē)床2加工完的工件抓下，放入產(chǎn)品檢測(cè)盤(pán)D中，（D盤(pán)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行重量、厚度的檢測(cè)），然后把毛坯半成品工件放入機(jī)床2。傳送帶接著運(yùn)動(dòng)，安全門(mén)關(guān)閉，數(shù)控機(jī)床2開(kāi)始工作。這時(shí)檢測(cè)盤(pán)D把對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、高度的采集信息傳遞給PLC，PLC把接收到的信息與預(yù)設(shè)值進(jìn)行對(duì)比，從而得出執(zhí)行命令給機(jī)器人OP20，如果比對(duì)的是良品，OP20機(jī)器人把良品放到傳送帶上繼續(xù)完成接下來(lái)的生產(chǎn)，把不良的產(chǎn)品放入下料框。此流程中機(jī)床卡盤(pán)和機(jī)床安全門(mén)全部由機(jī)器人控制，數(shù)控機(jī)床啟動(dòng)和停止信號(hào)接入機(jī)器人系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)交互;工作過(guò)程以此類推實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)運(yùn)行。

2.2 架構(gòu)設(shè)計(jì)

本文所講述的運(yùn)用工業(yè)機(jī)器人配合PLC所實(shí)現(xiàn)的機(jī)床新型上下料設(shè)備，可以將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)所需要的信號(hào)直接接入機(jī)器人系統(tǒng)和PLC中，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的互聯(lián)互通，進(jìn)而達(dá)到工件生產(chǎn)過(guò)程中的安全性、可靠性、快速性，系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)架構(gòu)圖如圖2所示。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的新型機(jī)床上下料設(shè)備，根據(jù)工藝流程要求，設(shè)計(jì)了圖3所示的機(jī)械原理圖， 圖4為機(jī)械原理圖的俯視圖。其中圖中的標(biāo)識(shí)a，A為光電開(kāi)關(guān);標(biāo)識(shí)b，B為推動(dòng)氣桿;標(biāo)識(shí)C1，C2為斜槽;標(biāo)識(shí)D為檢測(cè)單元;標(biāo)識(shí)OP10，OP20為機(jī)器人單元;兩個(gè)圓為機(jī)床放置區(qū)域。

本文所設(shè)計(jì)的機(jī)械手上下料設(shè)備的機(jī)器人采用雙抓手形式如圖5所示，從而實(shí)現(xiàn)上料和下料同時(shí)進(jìn)行，優(yōu)化工作節(jié)拍，提高工作效率。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

人機(jī)交互系統(tǒng)利用上位機(jī)監(jiān)控軟件，實(shí)現(xiàn)工業(yè)傳感器檢測(cè)的數(shù)據(jù)處理、信息查詢、故障報(bào)警等功能。由組態(tài)王設(shè)計(jì)的畫(huà)面如圖6，圖7所示，圖6畫(huà)面主要顯示當(dāng)前的產(chǎn)量狀態(tài)、輸送帶狀態(tài)以及加工機(jī)狀態(tài)，以便工廠更直觀的了解到生產(chǎn)效率、不良品比率以及設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)。圖7畫(huà)面主要顯示產(chǎn)品的誤差范圍、安全門(mén)狀態(tài)以及系統(tǒng)的報(bào)警情況。

4 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)采用的工業(yè)機(jī)器人具有良好的運(yùn)行性能和穩(wěn)定的控制效果，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工件生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)上下料，從而大大改善了工廠的生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度，為工廠減少了大量的人工投入和成本支出，為工廠實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

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