ABB工業(yè)機(jī)器人在數(shù)控加工中的應(yīng)用研究＊

劉怡飛

（廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，廣東 廣州510430）

在機(jī)械加工環(huán)節(jié)，主要的生產(chǎn)設(shè)備就是數(shù)控機(jī)床，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械零部件的切削加工處理環(huán)節(jié)發(fā)揮著重要作用。傳統(tǒng)的機(jī)械加工生產(chǎn)模式下，數(shù)控機(jī)床往往是作為單獨(dú)的生產(chǎn)設(shè)備來使用的，而工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)，可以使兩者有機(jī)結(jié)合，從而對數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)使用模式進(jìn)行優(yōu)化與創(chuàng)新。在工業(yè)機(jī)器人的配合下，工業(yè)生產(chǎn)逐步朝著自動化、高效化的方向發(fā)展，并且在一定程度上改變了工人的工作環(huán)境，降低了人力資源的配置成本，最重要的是工業(yè)產(chǎn)品自身質(zhì)量和附加價值都得以提升[1]。尤其是在當(dāng)下的生產(chǎn)環(huán)境下，工業(yè)產(chǎn)品趨向于個性化、定制化和小批量化發(fā)展，使得整個機(jī)械產(chǎn)品更新迭代速度較快，品種類型較多，僅僅依靠傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足這種復(fù)雜多變的生產(chǎn)要求，而工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用成為滿足這種生產(chǎn)需求的重要解決渠道。

1 ABB工業(yè)機(jī)器人在數(shù)控加工中的應(yīng)用優(yōu)勢

數(shù)控加工的工作原理就是對坐標(biāo)軸的合理運(yùn)用，而ABB工業(yè)機(jī)器人在數(shù)控加工中的應(yīng)用，在滿足其基本要求的基礎(chǔ)上，還具備更多的應(yīng)用優(yōu)勢。首先，在ABB工業(yè)機(jī)器人的配合下，數(shù)控加工能夠同時利用坐標(biāo)軸實(shí)現(xiàn)對多個集成化作業(yè)的操作與控制，這樣數(shù)控加工能夠最大程度上減少基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的處理。

在整個生產(chǎn)操作過程中，只需要一次裝夾就可以完成多項(xiàng)加工作業(yè)。這樣不僅有效降低了工序的頻繁轉(zhuǎn)換，而且在一定程度上提升了加工精度，與此同時，夾具的數(shù)量會隨之減少，并降低夾具自身在生產(chǎn)車間的占地面積[2]。其次，ABB工業(yè)機(jī)器人在數(shù)控加工中的應(yīng)用在一定程度上縮短了整個生產(chǎn)鏈，使得整個生產(chǎn)鏈條更加簡潔化。最后，ABB工業(yè)機(jī)器人在新產(chǎn)品的研發(fā)方面也具有一定的優(yōu)勢，大大縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期。當(dāng)然，ABB工業(yè)機(jī)器人在數(shù)控加工中的應(yīng)用仍然存在一些弊端，需要研究人員不斷去研究加以攻克，并進(jìn)一步提升兩者之間的應(yīng)用效果。

2 ABB工業(yè)機(jī)器人在數(shù)控加工中的應(yīng)用方案

2.1 設(shè)計(jì)總體方案

對于ABB工業(yè)機(jī)器人在數(shù)控加工中的應(yīng)用，其設(shè)計(jì)總體方案主要是在數(shù)控加工中心防護(hù)門前安裝相匹配型號的ABB工業(yè)機(jī)器人。待ABB工業(yè)機(jī)器人安裝固定后，將氣動滑臺安裝在工業(yè)機(jī)器人前端，與此同時，將上料托盤安裝在氣動滑臺上，然后對這三者進(jìn)行通信連接，方便后續(xù)的聯(lián)動操作。

其具體的操作過程如下：在工作起始狀態(tài)，工業(yè)機(jī)器人處于復(fù)位狀態(tài)，上料托盤位于最初始位置。然后將毛坯零件放置在上料托盤的指定位置。待準(zhǔn)備工作就緒后，啟動氣動滑臺，使其帶動上料托盤移動到指定的工作位置。在到達(dá)指定工作位置后，由ABB工業(yè)機(jī)器人將加工毛坯零件從上料托盤的1號位置取下來，放置到機(jī)床工作臺上的氣動卡盤中，由氣動卡盤夾緊工件進(jìn)行后續(xù)加工操作。而ABB工業(yè)機(jī)器人則從機(jī)床內(nèi)部撤離。待機(jī)床安全門關(guān)閉后，數(shù)控機(jī)床則在數(shù)控程度的相關(guān)指令下，開始對零件進(jìn)行加工處理。待加工完成后，機(jī)床安全門打開，ABB工業(yè)機(jī)器人進(jìn)入到機(jī)床內(nèi)部，從氣動卡盤中取回加工后的零件，并離開機(jī)床內(nèi)部，將該零件放到上料托盤的1號位置。在完成上述操作后，工業(yè)機(jī)器人會將手爪移動到上料托盤的2號位置，抓取該位置的毛坯零件送入到數(shù)控機(jī)床內(nèi)部，并按照以上步驟進(jìn)行重復(fù)操作。接下來依次將16個毛坯零件送入到數(shù)控機(jī)床中完成加工處理操作。待全部零件加工完成后，氣動滑臺推動上料托盤返回初始位置，并將加工完成后的零件取下，重新放置上新的待加工的毛坯零件，繼續(xù)開始后續(xù)加工[3]。

2.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對于ABB工業(yè)機(jī)器人在數(shù)控加工中的應(yīng)用，其所涉及到的硬件系統(tǒng)主要有數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)和氣路系統(tǒng)。因此，這兩者的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與改造是至關(guān)重要的，具體分為以下幾個方面。

氣動滑臺的設(shè)計(jì)。氣動滑臺兩端分別連接料倉和工業(yè)機(jī)器人。同時，氣動滑臺上需要放置上料托盤，而上料托盤在滑臺上能夠往復(fù)移動，其動力來源就是氣缸。而上料托盤要設(shè)計(jì)有專門的定位凹槽，以保證毛坯零件放置位置的準(zhǔn)確性。同時，上料托盤的工作位置要結(jié)合工業(yè)機(jī)器人來設(shè)定，以保證工業(yè)機(jī)器人的手爪能夠抓到指定位置的毛坯零件，確保各個環(huán)節(jié)能夠順利進(jìn)行[4]。

工業(yè)機(jī)器人手爪的設(shè)計(jì)。比較常見的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)就是平行氣動手爪結(jié)構(gòu)，其手指內(nèi)側(cè)通常設(shè)計(jì)成V形槽結(jié)構(gòu)，這樣方便手爪能夠準(zhǔn)確牢固地抓取到各種形狀的零件，尤其是對圓柱狀的工件。在此基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步增加手爪抓取零件的牢固性，可以在手指內(nèi)側(cè)貼上一層膠皮，以加大兩者之間的接觸摩擦力。而手爪在工業(yè)機(jī)器人上的安裝位置一般是在第六軸末端。

安全門的設(shè)計(jì)。通常情況下，數(shù)控機(jī)房安全門的開啟與關(guān)閉主要是借助工業(yè)機(jī)器人的手爪來實(shí)現(xiàn)的，使其通過自身的運(yùn)動軌跡和對把手的推動來掌握安全門的開關(guān)。這樣，相較于將安全門完全改造成全自動開關(guān)的方案，能夠大大降低改造成本[5]。

夾具的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的夾具主要以平口鉗為主，在此基礎(chǔ)上，需要將其更換成氣動卡盤的結(jié)構(gòu)，這樣整個夾具的夾緊與松開動作就可以在氣缸的控制下得以實(shí)現(xiàn)。在ABB工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床應(yīng)用系統(tǒng)中一般會涉及到三種氣路，即氣動滑臺氣缸、工業(yè)機(jī)器人氣動手爪氣缸和數(shù)控機(jī)床工作臺中氣動卡盤氣缸，這就需要結(jié)合各自的動作特點(diǎn)和操作指令進(jìn)行設(shè)計(jì)選型，以保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)的合理性與準(zhǔn)確性。

2.3 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)

對于ABB工業(yè)機(jī)器人在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用，兩者均作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，需要進(jìn)行相應(yīng)的驅(qū)動程序設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)對其運(yùn)動軌跡和運(yùn)行行為的控制。通常情況下，ABB工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床之間的通信方式以PLC為主，而PLC的實(shí)現(xiàn)就需要借助通信程序的編寫。對于ABB工業(yè)機(jī)器人的程序設(shè)計(jì)，其重點(diǎn)設(shè)計(jì)內(nèi)容就是如何實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自身各個關(guān)節(jié)的運(yùn)動、手爪的開合和夾緊等，這主要是利用工業(yè)機(jī)器人上的RAPID程序驅(qū)動來實(shí)現(xiàn)，并根據(jù)試驗(yàn)情況來調(diào)整各個動作的精準(zhǔn)度。對于工業(yè)機(jī)器人的編程，首先需要對DI與DO信號進(jìn)行設(shè)置，為后續(xù)的程序編輯打下基礎(chǔ)。一般，ABB工業(yè)機(jī)器人會有相應(yīng)的數(shù)字信號輸出接口與輸入接口，根據(jù)其地址分布說明，將相應(yīng)的信號端口與PLC相連接，以實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人運(yùn)行軌跡的控制。而對于機(jī)器人程序的編寫，大致將其劃分為主程序、夾取物料程序、物料裝夾機(jī)床程序、機(jī)床運(yùn)行加工程序、工件放置程序、中斷程序等，這樣方便分別對各個程序進(jìn)行調(diào)試與管理。需要注意的是，中斷程序主要是用來處理緊急情況，一旦在實(shí)際操作過程中出現(xiàn)程序錯誤或者信號異常等特殊情況，工業(yè)機(jī)器人能夠準(zhǔn)確識別出來并自行進(jìn)入到中斷程序，避免發(fā)生大范圍的操作故障，在一定程度上能夠保障生產(chǎn)的安全性[6]。

此外，對于工件的上料與下料，需要保證物料產(chǎn)品按照規(guī)則進(jìn)行排序。這樣工業(yè)機(jī)器人在抓取物料時可以采用定位抓取的方式。有時候也可以通過碼垛編程的方式來定位抓取。而下料時的操作控制原理與上料時基本一致。工業(yè)機(jī)器人可以根據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)的位置來控制上下料，這就需要精確坐標(biāo)位置，以保證上料的精確度和加工的精度。同時，工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行要注意與數(shù)控機(jī)床之間保持一定的間距，以免發(fā)生碰撞阻礙行動?？傊凑占榷ǖ囊笸瓿沙绦蚓庉嫼?，要反復(fù)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，以檢查程序試運(yùn)行的整體情況，判斷是否與預(yù)期存在偏差，并加以優(yōu)化完善，使其能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)要求。

3 結(jié)語

ABB工業(yè)機(jī)器人在數(shù)控加工中的應(yīng)用具有十分廣闊的應(yīng)用前景，這也是工業(yè)時代發(fā)展的必然要求，因此，需要結(jié)合傳統(tǒng)的數(shù)控加工模式，對數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)和軟件程序進(jìn)行必要的優(yōu)化調(diào)整。一方面，調(diào)整數(shù)控機(jī)床中的卡盤，并增加氣動滑臺等，使工件的上下料能夠?qū)崿F(xiàn)全自動化；另一方面，借助程序編輯實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的自動化運(yùn)動?？傊珹BB工業(yè)機(jī)器人在數(shù)控加工中的應(yīng)用，能夠顯著降低生產(chǎn)人員的勞動強(qiáng)度，降低人力資源配置，并且大大提高了工業(yè)生產(chǎn)效率，為工業(yè)生產(chǎn)朝著現(xiàn)代化和自動化方向發(fā)展指明了道路。