時(shí)間:2018-11-06 17:02:04來(lái)源:州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電與汽車工程學(xué)院 作者:阮廣東
摘要:在大批量數(shù)控銑削加工機(jī)械零部件過(guò)程中,由于切削液的揮發(fā)導(dǎo)致工廠作業(yè)環(huán)境極其惡劣.為改善這種情況,提出采用ABB工業(yè)機(jī)器人對(duì)數(shù)控機(jī)床上下料改造的方案.通過(guò)增加空氣開(kāi)關(guān)、西門子1200PLC、FX-50F分線器、繼電器模組、接線端子排、機(jī)器人手抓氣路、機(jī)床氣路等硬件和一系列軟件設(shè)計(jì)如工業(yè)機(jī)器人程序設(shè)計(jì)、數(shù)控機(jī)床PMC梯形圖設(shè)計(jì)、PLC1200程序設(shè)計(jì)、數(shù)控機(jī)床加工程序設(shè)計(jì)等,實(shí)現(xiàn)了改造方案.改造后,機(jī)床能夠順利實(shí)現(xiàn)和機(jī)器人的通信,從而實(shí)現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人取代人進(jìn)行上下料。
關(guān)鍵詞:ABB工業(yè)機(jī)器人;數(shù)控加工中心;PLC1200;電氣設(shè)計(jì);氣路設(shè)計(jì);程序設(shè)計(jì)
數(shù)控機(jī)床作為機(jī)加工的一種核心設(shè)備,在機(jī)械零部件切削加工中發(fā)揮著重要的作用.長(zhǎng)期以來(lái),數(shù)控機(jī)床僅是作為獨(dú)立的裸機(jī)投入到生產(chǎn)中.隨著智能制造時(shí)代的到來(lái)以及工業(yè)自動(dòng)化程度的提高,數(shù)控機(jī)床已不再是單一獨(dú)立的加工設(shè)備,而是作為智能制造系統(tǒng)的一個(gè)核心環(huán)節(jié)和節(jié)點(diǎn),和其它輔助設(shè)備如工業(yè)機(jī)器人、PLC聯(lián)網(wǎng)通信共同完成零部件的生產(chǎn)加工,從而實(shí)現(xiàn)零部件加工的無(wú)人化.工業(yè)機(jī)器人作為一種重要自動(dòng)化設(shè)備,是智能制造系統(tǒng)中的另一個(gè)重要環(huán)節(jié).在機(jī)械制造領(lǐng)域,工業(yè)機(jī)器人可用來(lái)完成沖壓、壓鑄、鍛造、機(jī)床切削加工、焊接、金屬熱處理、噴涂、裝配等作業(yè)中的輔助動(dòng)作,如上下料等按預(yù)定軌跡運(yùn)動(dòng)的動(dòng)作,從而可代替人完成重復(fù)、繁瑣、危險(xiǎn)、勞動(dòng)強(qiáng)度大、精度要求高的動(dòng)作.在數(shù)控加工領(lǐng)域,利用工業(yè)機(jī)器人取代人進(jìn)行上下料可實(shí)現(xiàn)在惡劣環(huán)境下的高效率大批量生產(chǎn)、長(zhǎng)時(shí)間作業(yè),并能顯著降低制造成本.基于工業(yè)機(jī)器人的以上優(yōu)點(diǎn),許多機(jī)加工密集的企業(yè)已完全或部分實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床協(xié)同作業(yè),許多大中專院校也相繼建立了利用工業(yè)機(jī)器人對(duì)數(shù)控機(jī)床上下料的實(shí)訓(xùn)裝置。
本文針對(duì)某工件,對(duì)某FUNUC數(shù)控加工中心進(jìn)行基于ABB工業(yè)機(jī)器人上下料功能的改造。
1、系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
利用ABB工業(yè)機(jī)器人對(duì)FUNUC數(shù)控加工中心進(jìn)行上下料的改造中,ABB機(jī)器人直接和控制第六軸末端平行氣動(dòng)手抓的電磁閥進(jìn)行通信,包括發(fā)出信號(hào)控制其動(dòng)作及檢測(cè)夾具的狀態(tài).上下料機(jī)器人通過(guò)PLC接收數(shù)控機(jī)床發(fā)送的信號(hào),通信內(nèi)容包括數(shù)控機(jī)床將門狀態(tài)、準(zhǔn)備狀態(tài)、卡盤狀態(tài)、加工狀態(tài)等信息告知機(jī)器人,機(jī)器人進(jìn)行上下料.?dāng)?shù)控機(jī)床通過(guò)同一臺(tái)PLC接收機(jī)器人發(fā)送的信號(hào)。
信號(hào)內(nèi)容包括機(jī)器人上料完成回至準(zhǔn)備位置發(fā)送使數(shù)控機(jī)床開(kāi)始加工的信號(hào)、機(jī)器人取料完成使機(jī)床運(yùn)動(dòng)至準(zhǔn)備狀態(tài)位置的信號(hào)、機(jī)器人放料完成發(fā)送使卡盤夾緊的信號(hào)、機(jī)床加工完成機(jī)器人夾緊工件發(fā)送使卡盤松開(kāi)的信號(hào).?dāng)?shù)控機(jī)床內(nèi)置PMC用來(lái)控制夾緊氣缸電磁閥、門氣缸開(kāi)關(guān)電磁閥、主軸吹氣電磁閥.表定義了數(shù)控加工中心與工業(yè)機(jī)器人的聯(lián)絡(luò)信號(hào),圖1給出了二者的聯(lián)絡(luò)流程圖,圖2為改造后的上下料機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床實(shí)物布置圖。
2、系統(tǒng)硬件改造
2.1機(jī)械改造
FUNUC數(shù)控中心在原有基礎(chǔ)上作了如下改造:增加了一扇安全門,由氣缸控制其開(kāi)關(guān),開(kāi)關(guān)狀態(tài)由行程開(kāi)關(guān)反饋給機(jī)器人;夾具改造為氣動(dòng)卡盤,卡盤的開(kāi)關(guān)由磁性開(kāi)關(guān)反饋給機(jī)器人;在主軸末端增加了一個(gè)吹氣裝置;工業(yè)機(jī)器人第六軸末端增加了一平行氣動(dòng)手抓。
表1數(shù)控加工中心與工業(yè)機(jī)器人聯(lián)絡(luò)信號(hào)定義
圖1工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控加工中心聯(lián)絡(luò)流程圖
2.2氣路設(shè)計(jì)
在整個(gè)改造系統(tǒng)中,共有4個(gè)氣路,其中3個(gè)末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)為氣缸,一個(gè)末端為吹氣裝置.圖3為3個(gè)氣缸的控制回路。
圖2改造后ABB工業(yè)機(jī)器人與FUNUC數(shù)控機(jī)床實(shí)物布置圖
圖3氣缸控制回路
2.3電氣設(shè)計(jì)
改造系統(tǒng)中負(fù)責(zé)工業(yè)機(jī)器人通信的為ABB標(biāo)準(zhǔn)I/O板DSQC652,該板共有16個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)和16個(gè)數(shù)字輸出信號(hào),其中X1、X2為數(shù)字輸出接口,X3、X4為數(shù)字輸入接口.?dāng)?shù)字輸出接口中有2個(gè)引腳用來(lái)接電磁閥,驅(qū)動(dòng)機(jī)器人氣缸動(dòng)作,其它輸入與輸出接口分別用來(lái)和PLC進(jìn)行通信,實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床的協(xié)同動(dòng)作.在數(shù)控機(jī)床與工業(yè)機(jī)器人之間增加PLC,一方面可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人和其它設(shè)備如AGV的無(wú)線通信,另一方面可以進(jìn)行組網(wǎng),實(shí)現(xiàn)多臺(tái)數(shù)控機(jī)床及機(jī)器人的信息共享.圖4為連接PLC與PMC的FX-50F分線器.?dāng)?shù)控系統(tǒng)和PMC相聯(lián)系,通過(guò)程序中的M代碼執(zhí)行使PMC輸出信號(hào)控制機(jī)床上電磁鐵的動(dòng)作
.圖5為工業(yè)機(jī)器人、PLC、PMC三者之間的通信示意圖。
圖4數(shù)控機(jī)床上的FX-50分線器
圖5改造系統(tǒng)通信示意圖
3、系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
工業(yè)機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床作為主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運(yùn)行中需要各自的程序進(jìn)行驅(qū)動(dòng).工業(yè)機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床之間通過(guò)PLC進(jìn)行通信,需要編寫通信程序,數(shù)控機(jī)床通過(guò)PMC程序驅(qū)動(dòng)附加在機(jī)床上的電磁鐵動(dòng)作。
3.1工業(yè)機(jī)器人程序設(shè)計(jì)
工業(yè)機(jī)器人動(dòng)作包括各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)及末端平行手抓的開(kāi)合,這些動(dòng)作通過(guò)運(yùn)行在工業(yè)機(jī)器人上的RAPID程序驅(qū)動(dòng).程序設(shè)計(jì)中首先要通過(guò)示教定義機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn),包括接貨臺(tái)位置點(diǎn)、上下料中轉(zhuǎn)點(diǎn)、數(shù)控機(jī)床夾具附近取放料點(diǎn).其中,接貨臺(tái)位置點(diǎn)及數(shù)控機(jī)床取放料點(diǎn)又包括目標(biāo)點(diǎn)及相應(yīng)準(zhǔn)備點(diǎn)等.關(guān)鍵點(diǎn)確定之后,根據(jù)輸入輸出信號(hào)編制機(jī)器人上下料流程圖(如圖6所示).根據(jù)流程圖、關(guān)鍵點(diǎn),編制工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)程序。
圖6工業(yè)機(jī)器人上下料流程圖
3.2PLC梯形圖設(shè)計(jì)
在數(shù)控機(jī)床與工業(yè)機(jī)器人之間增加的PLC1200主要負(fù)責(zé)二者之間的通信工作,即信號(hào)在二者之間進(jìn)行發(fā)送和接收,二者之間都要編寫接收和發(fā)送程序
.上下料機(jī)器人接收機(jī)床信號(hào)的子程序如圖7所示.
圖7工業(yè)機(jī)器人接收機(jī)床信號(hào)程序
3.3PMC梯形圖設(shè)計(jì)
PMC(ProgrammableMachineController)即數(shù)控機(jī)床內(nèi)置式PLC控制技術(shù).在數(shù)控機(jī)床中CNC是整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的核心裝置,機(jī)床為最終執(zhí)行機(jī)構(gòu),PMC是CNC與機(jī)床之間信息交換的平臺(tái),CNC到PMC的地址為F,反之為G;PMC到機(jī)床的輸入信號(hào)為Y,反之為X。
本文所進(jìn)行的機(jī)床改造開(kāi)發(fā)了如下輔助代碼M:安全門開(kāi)關(guān)代碼、夾具松開(kāi)夾緊代碼、主軸吹氣打開(kāi)關(guān)閉代碼、機(jī)床準(zhǔn)備代碼、開(kāi)始加工代碼、加工完成代碼、取料完成代碼.表2為開(kāi)發(fā)的M代碼.PMC程序中,機(jī)床首先對(duì)M代碼進(jìn)行譯碼,譯碼后的地址接通內(nèi)部繼電器Y,由內(nèi)部繼電器驅(qū)動(dòng)外部繼電器。
表2FUNUC數(shù)控加工中心M代碼說(shuō)明表
圖8為卡盤夾具開(kāi)關(guān)PMC程序圖,夾具開(kāi)代碼為M17,關(guān)代碼為M18,輸出內(nèi)部繼電器分別為Y0021.0、Y0021.1。
圖8數(shù)控機(jī)床夾具開(kāi)關(guān)PMC程序圖
3.4數(shù)控加工程序設(shè)計(jì)
根據(jù)開(kāi)發(fā)的M代碼,結(jié)合零件圖紙信息,編制工件加工主程序及子程序.其中,主程序需要手動(dòng)輸入,子程序可采用手動(dòng)編程,也可采用軟件進(jìn)行編程.編制的數(shù)控機(jī)床加工主程序程序號(hào)為O0001,調(diào)用的子程序號(hào)為O0002.主程序如下:
4、結(jié)束語(yǔ)
本文運(yùn)用ABB工業(yè)機(jī)器人對(duì)數(shù)控加工中心上下料做了以下技術(shù)改造:
(1)在工業(yè)機(jī)器人第六軸末端增加了一平行氣動(dòng)手抓;在數(shù)控加工中心上增加了一扇安全門,一臺(tái)氣動(dòng)夾具,主軸末端增加了一吹氣裝置.增加的裝置全部由氣路進(jìn)行控制。
(2)為便于系統(tǒng)的升級(jí)、組網(wǎng),在工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床之間增加了一臺(tái)西門子PLC1200,從而實(shí)現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人和數(shù)控加工中心的通信,并可和其它設(shè)備如數(shù)控機(jī)床、PLC及上位機(jī)進(jìn)行通信。
(3)系統(tǒng)啟動(dòng)后,二者按各自的程序自動(dòng)運(yùn)行,通過(guò)信號(hào)傳輸實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人協(xié)同動(dòng)作.根據(jù)工作過(guò)程編寫了工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行程序、數(shù)控機(jī)床主程序
、PLC1200通信程序及數(shù)控機(jī)床PMC程序,從而實(shí)現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人的上下料。
實(shí)踐證明,改造后的數(shù)控加工中心能成功運(yùn)用機(jī)器人進(jìn)行上下料,從而可取代人完成惡劣工況下的作業(yè)。
在未來(lái)的智能工廠及無(wú)人工廠,該改造技術(shù)亦可推廣運(yùn)用到到其它設(shè)備的升級(jí)換代。
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