李凡国 王金参 孙玉新 闫思江

摘要

近年来，我国工业领域的发展，使数控机床广泛应用于工业领域中，从而大大提高工业生产效率。与此同时，将数控机床、工业机器人、立体仓库、RFID技术、检测技术等现代化信息技术进行一体化结合，以此应用于工件的自动装卸中，能够有效替代传统的人工上下料模式，进而大幅节省人力资源成本的同时，也能坦步满足大批量、快速加工的生产需要。鉴于此，本文便对数控机床上下料机器人结构设计进行深入的研究。

【关键词】数控机床 上下料机器人 结构设计

18世纪末期，机械生产技术开始被应用于工业领域，历经几个世纪的发展，工业领域已经实现了应用机械生产技术来进行自动化生产，从而使人逐渐从繁重的工业生产中得以解脱出来。21世纪，在互联网等现代化信息技术的带动下，工业领域迎来了第四次技术革命，这也标志着工业4 0时代的来临。在此背景下，我国明确了2025年我国制造的发展战略目标，其中便包括了应用工业机器人来制造高端產品，这也使工业机器人成为工业领域发展的一个新亮点。在数控加工设备中，通过机器人技术的应用，以此研发出智能化的数控机床上下料机器人系统，能够大大提高工业生产的产品质量与生产效率，这也使越来越多的人开始关注工业机器人与数据机床的融合，这也使数控机床上下料机器人结构的设计成为一大热门研究课题。

1数控机床上下料机器人上位机及上下料流程的设计

1.1数控机床上下料机器人上位机的设计

根据我国提出的2025年中国制造的相关要求，本文研发出一款将数控机床、工业机器人、立体仓库、RFID技术以及检测技术进行一体化结合的智能化上下料系统，该数控机床上下料机器人能够自主完成镗削、车削、钻削和铣削等多种复杂工序，从而实现对复杂零件的加工。其不仅能够简化计划调度与生产管理，使上下料环节的速度大幅提高，还能合理管控产品的加工质量。除此之外，通过MES系统的工单下达与加工任务排程来对零部件进行智能化的加工与生产管控，数控机床上下料机器人还能对加工零件进行指定尺寸的在线实时检测，并通过MES系统的辅助来管理零部件的质量以及工艺优化。根据以上研究内容，本文采用HSR-JR612型六自由度的工业机器人，并将其与CDCK-20A型数控机床进行结合，同时还应用了立体仓库、RFID技术和信息检测技术，以此研发出能够进行自动上下料操作的智能化工业机器人，并由自动门来替代数控机床中原有的防护门。

1.2数控机床上下料机器人工作流程的设计

在数控机床上下料机器人中，其工作流程的设计具体如下：首先利用MES系统向数控机床上下料机器人下达工单与加工任务，在上料时，由数控机床确定安全点，并由数控机床驱动机器人的一侧手抓来抓取待加工的工件，此时数控机床的防护门会开启，并将机床液压卡盘松开，机器人在放料后加紧卡盘，然后数控机床的防护门会关闭，机器人则自动返回至安全点，从而完成整个上料过程。在下料时，机器人的一侧手爪会抓取待加工工件，数控机床的防护门开启，手爪在抓取到加工完成工件后，液压卡盘会自动松开，此时机器人会自动调整姿态，并将抓取到的加工工件放到卡盘中，然后卡盘加紧，最后机器人返回到安全点中，从而完成整个下料过程。

2数控机床上下料机器人结构设计实施

2.1防护门系统的设计

在数控机床上下料机器人工作中，考虑到防护门可能会存在关闭不严或没有关闭等现象，因此需要将其防护门进行改装，使其成为自动门。在改装过程中，自动门的开启与关闭必须动作迅速，而且维护要简单，具备较高的可靠性，因此需要在自动门中设置一个气缸，由气压来传动控制自动门的开启与关闭，利用三位五通双控电磁换向阀来对气缸进行控制，并设置节流阀来对自动门的开启与关闭速度进行控制。除此之外，还要通过磁性开关的安装来对自动门的开关进行限位，同时通过继电器来发送自动门的输入输出信号，由MES系统对自动门的到位检测信号进行接收，并控制继电器做出相应的反应。

2.2系统控制及通讯的设计

在数控机床上下料机器人中，其控制系统主要是通过MES来完成的，同时MES系统还具备通讯功能，其通讯模式采用快速I/O模式。在硬件上，利用屏蔽信号电缆来实现机器人和数控机床之间的端子连接，并在端子中并联相应的继电器来达到控制液压卡盘的目的。

2.3部件监测及在线测量的设计

在数控机床上下料机器人中，对数控机床等设备运行状态的监测，是利用MES系统中的设备层来进行数据采集，并通过视觉检测系统来对工件的摆放位置等信号进行检测，然后将信号反馈给机器人，机器人通过调整位置姿态来对工件进行抓取。最后，在智能化系统中还应用了RFID系统，通过对工件电子标签信息的扫描，来对加工工件的尺寸进行在线测量，并按照相应的尺寸信息来对工件进行铣削、钻销等加工操作。

3结语

总而言之，将工业机器人与数控机床进行结合起来，能够大幅提高上下料效率，保障了工件的加工质量，实现了工业机器人与数控机床的一体化控制，进一步推动了我国工业领域的发展

参考文献

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