機(jī)器人與加工中心集成技術(shù)應(yīng)用研究

王洪?張銳麗?覃智廣

摘 要 本文以工業(yè)機(jī)器人為例，對(duì)機(jī)器人與數(shù)控加工集成的硬件與接口信號(hào)進(jìn)行分析，并提出集成技術(shù)的應(yīng)用方法，重點(diǎn)對(duì)主機(jī)控制、工控機(jī)應(yīng)用與物料運(yùn)輸控制進(jìn)行分析，力求通過本文研究，使制造領(lǐng)域的自動(dòng)化水平得以提升。

關(guān)鍵詞 機(jī)器人;加工中心;集成技術(shù)

引言

在科技飛速發(fā)展背景下，將數(shù)控技術(shù)與信息化技術(shù)高度融合，為自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行提供強(qiáng)大的動(dòng)力支持。機(jī)器人與加工中心集成技術(shù)主要包括機(jī)器人、加工中心、自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等多個(gè)方面混合起來形成的柔性制造系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化的目標(biāo)，使制造業(yè)裝置的自動(dòng)化水平得到顯著提升。

1工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控加工集成

該技術(shù)主要應(yīng)用在柔性制造單元或系統(tǒng)之中，機(jī)器人負(fù)責(zé)裝卸工作，將加工完畢的工件與毛坯運(yùn)送到傳送帶中。一些也可不用傳送帶，所使用的機(jī)器人類型主要為上下料機(jī)器人，編程較為簡(jiǎn)單，只需示教編程即可。但是，工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床之間相互獨(dú)立，三者均要進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

1.1 硬件

加工中心中的I/O通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接入到FIELD I/O模塊之中，與LD通過總線進(jìn)行通信;工業(yè)機(jī)器人與LD通過總線進(jìn)行通信;滾道附件通過Asi總線與LD相連接;加工中心與ROBOT通信景觀LD中轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。加工中心與機(jī)器人之間通過LD總線實(shí)現(xiàn)通信中轉(zhuǎn)，因此二者的接口包括兩個(gè)部分，一是LD與加工中心的接口，二是LD與機(jī)器人的接口，并具有特定的傳遞關(guān)系。

1.2 接口信號(hào)

加工中心與LD的接口部分信號(hào)包括以下內(nèi)容，在機(jī)床狀態(tài)方面，有無報(bào)警、緊停;在運(yùn)行方式方面，采用手動(dòng)、自動(dòng)與空運(yùn)轉(zhuǎn);在上下料方面，運(yùn)行狀態(tài)、相關(guān)請(qǐng)求、機(jī)床門開啟、機(jī)床內(nèi)部有無工件記憶狀態(tài);在手動(dòng)操作方面，包括回零、去維修位、機(jī)器人夾爪操作等等;機(jī)器人與LD接口信號(hào)如下，機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào);工作完成狀態(tài)，包括上下料、夾爪狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)等;在機(jī)器人位置狀態(tài)方面，包括HOME位置與REPAIR位置;總線到機(jī)器人的接口信號(hào)，包括空轉(zhuǎn)運(yùn)行和自動(dòng)運(yùn)行兩種模式;上下料條件，機(jī)床托盤上方、滾道上下料位置有無工件、MC上料門開啟，來源于MC機(jī)器人的手動(dòng)操作，可對(duì)夾爪進(jìn)行開啟控制[1]。

2機(jī)器人與加工中心集成技術(shù)的應(yīng)用措施

工業(yè)機(jī)器人的加工能力較強(qiáng)，自身具備加工工具，刀具運(yùn)動(dòng)受控制系統(tǒng)影響，主要用于去毛刺、切割、雕刻、拋光等輕型加工，此種加工較為煩瑣，通常采用離線編程的方式來完成，具體應(yīng)用措施如下。

2.1 主機(jī)控制

在機(jī)器人生產(chǎn)單元中，加工中心選用FANUC數(shù)控系統(tǒng)，針對(duì)機(jī)床I/O點(diǎn)與PMC、CNC之間的信號(hào)傳輸狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)于整個(gè)機(jī)器人生產(chǎn)單元來說，可使用1臺(tái)加工中心作為主機(jī)，針對(duì)線路運(yùn)轉(zhuǎn)形式進(jìn)行控制，將剩余加工中心作為子機(jī)。主機(jī)擁有多路徑控制功能，加工中心經(jīng)過第一路徑進(jìn)行控制，物料輸送車由第二路徑控制，二者相互獨(dú)立，均由數(shù)控系統(tǒng)單獨(dú)控制。根據(jù)主機(jī)控制可以看出，不同路徑中擁有相互獨(dú)立的程序文件夾，系統(tǒng)可針對(duì)不同路徑中的軸實(shí)現(xiàn)單獨(dú)控制。其中，主機(jī)軸作為第一路徑，物料輸送車軸作為第二路徑，這樣二者便是同時(shí)在控制程序的操作下運(yùn)行。計(jì)算機(jī)總控系統(tǒng)使用Pro-face PL3900型號(hào)的工業(yè)計(jì)算機(jī)，內(nèi)部設(shè)置兩塊熱插拔硬盤，采用鏡像軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)24小時(shí)的持續(xù)運(yùn)行，內(nèi)置數(shù)據(jù)傳輸率為1.5Gbps，實(shí)現(xiàn)圖像與數(shù)據(jù)的高速處理，在前后兩處均配備USB接口，以太網(wǎng)接口為操作者的數(shù)據(jù)傳輸提供更多便利。

2.2 工控機(jī)的應(yīng)用

不同設(shè)備的加工中心應(yīng)通過以太網(wǎng)與工控機(jī)連接起來，完成數(shù)據(jù)的高效傳輸，在工控機(jī)上可對(duì)各個(gè)加工中心進(jìn)行設(shè)置，由不同的控制器進(jìn)行控制，為不同機(jī)床分配不同的IP地址作為區(qū)分，主機(jī)與子機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸由工控機(jī)來實(shí)現(xiàn)。此外，針對(duì)工控機(jī)配置畫面與編程軟件進(jìn)行二次開發(fā)，構(gòu)建自己所需的各類畫面，如歷史報(bào)警、運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)采集等等，不同畫面之間可以自由切換。通過數(shù)控系統(tǒng)雙畫面顯示，將不同機(jī)床的實(shí)時(shí)畫面展示出來，同時(shí)，還可將機(jī)床操作面板的畫面進(jìn)行開發(fā)，通過觸摸屏對(duì)不同機(jī)床進(jìn)行直接操作，以此實(shí)現(xiàn)多名員工在工控機(jī)中對(duì)線路內(nèi)多個(gè)機(jī)床的實(shí)時(shí)監(jiān)控與操作。同時(shí)，還可借助動(dòng)畫顯示的方式，將整條線的實(shí)時(shí)情況在屏幕中展示出來，更為直觀的確定物料小車的運(yùn)輸位置、等待工位、機(jī)床工作區(qū)等等，還可對(duì)不同機(jī)床的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[2]。

2.3 物料運(yùn)輸控制

物料運(yùn)輸小車與機(jī)床狀態(tài)、不同工位狀態(tài)等，由系統(tǒng)宏變量進(jìn)行記憶，整體控制受預(yù)先編制的宏程序O8110的影響，主程序中包含大量子程序，機(jī)床通過用戶宏程序，與不同條件相結(jié)合對(duì)多樣化子程序進(jìn)行調(diào)用，以此實(shí)現(xiàn)物料運(yùn)輸小車在自動(dòng)上下料方面的各項(xiàng)功能，不同程序控制的功能如下：

O8110 主程序：加紅外線開關(guān);G65P8113代表將裝卸工位的托盤運(yùn)送到等待工位;G65P8121代表的是將2#主機(jī)上的托盤運(yùn)送到裝卸工位;G65P8131代表的是將3#主機(jī)上的托盤運(yùn)送到裝卸工位;IFI#1020EQ0JGOTO97代表的是門開不到位，報(bào)警并跳出;M35代表的是復(fù)位1#主機(jī)加工完成;IFI#1025EQ1JGOTO98代表的是裝卸工位有托盤，報(bào)警退出，將物料輸送車上的托盤運(yùn)送到1#的位置進(jìn)行裝卸。機(jī)器人為FANUC機(jī)器人，主要作用是對(duì)物料進(jìn)行裝卸，依靠主機(jī)加工中心進(jìn)行控制，CC-Link屬于開放式現(xiàn)場(chǎng)總線，數(shù)據(jù)量龐大，通信速度可選的形式多樣，且以設(shè)備層為主，也可覆蓋高層控制層與較低傳感層。機(jī)器人控制主要包括若干子程序，依靠不同條件有選擇性的調(diào)用子程序，完成對(duì)機(jī)器人的自動(dòng)裝卸工作[3]。

3結(jié)束語

綜上所述，在機(jī)器人與加工中心集成方面，將自動(dòng)化輸送線、高速加工中心、上下料機(jī)器人與控制系統(tǒng)等應(yīng)用其中，完成對(duì)箱體類零件的高效加工。在該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用時(shí)，裝備制造業(yè)具有更為復(fù)雜的柔性制造，可使制造業(yè)整體自動(dòng)化水平得到顯著增強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張海英.機(jī)器人與加工中心集成技術(shù)應(yīng)用[J].中國科技成果，2017，（4）：62-63.

[2] 吳炯，陳金成，趙維江，等.四軸聯(lián)動(dòng)玻璃刻花加工中心集成控制系統(tǒng)研究[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2018，（11）：44-46.

[3] 韓鴻鸞.工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控加工的集成[J].金屬加工：冷加工，2018，（4）：4-7.