彭冬伟

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，从而使人逐渐从繁重的工业生产中得以解脱出来。在数控加工设备中，通过机器人与数控机床相互配合和机器人技术的应用，以此研发出智能化的数控机床上下料机器人系统，能够极大的节约人工成本，提高生产效率。

关键词 智能制作单元;数控机床;上下料机器人

把数控车床和机器人共同构成一个柔性智能制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构简单，而且适应性强。主要通过使用上下料机器人系统与数控机床相互配合，实现所有工艺过程中的零件抓取、上料、下料、装夹、零件移位和翻转、零件调头等，能够极大的节约人工成本，提高生产效率，特别适用于大批量、小零部件的加工。

1GSK机器人特征分析

GSK机器人是完全符合我国工业标准定制的关节臂式机器人，为用户提供了有效且开放的机器人控制平台，针对不同项目和应用能进行有效的具象处理，实现控制系统以及拓展功能的协调运行。另外，数控机床和GSK机器人结合在一起，能实现整体工作效率和工作流程的进一步优化。在两者进行组合的过程中，借助合适的机器人工具对上下料运动轨迹进行升级，不仅能提升工艺流程的完整度，也能在保证数控机床和机器人建立良好交流的前提下推进工业的可持续发展[1]。

2数控机床上下料机器人工作流程的设计

现以GSK1001A智能制造单元为例，GSK1001A智能制造单元是由智能制造执行系统（MES）、中央控制器、RFID技术、GSK七轴工业机器人、数控车床、加工中心、在线检测系統、立体料仓、电子信息化看板、仿真系统等组成的。本套智能制造单元通过智能制造执行系统把下单任务传达到中央控制器，再控制工业机器人上料给数控车床和加工中心，并由中央控制器根据生产任务订单远程控制数控车床、加工中心以及机器人准备就绪已载入的指定程序，实现智能制造。加工工艺流程是：工业机器人根据载入程序在自动料仓中抓取毛坯，先给数控车床上料，车床对毛坯进行切削加工，加工完成后机器人把半成品取下给加工中心上料，加工中心对半成品工件进行加工，加工完成后机器人把成品放回立体料库。该智能制造单元能通过智能制造执行系统下任务订单，调用不同的工件程序进行不间断循环的智能制造，并能通过在线检测数据自动修改刀补优化生产，加工前还能通过产线仿真平台进行技术验证避免出错[2]。

3数控机床上下料机器人结构设计

以上面设计的机床上下料机器人系统工作流程为基础，考虑到节约劳动力和实现多品种产品的加工，经过不断改善和优化，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GSK七轴工业机器人的工业机器人，并将其与数控车床数控机床进行结合，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。

3.1 机器人的选型与工程流程设计

GSK七轴工业机器人的工业机器人拥有7个伺服轴，可以以任意姿态到达可达范围中的任意一个点。作为上下工件的“搬运工”，GSK七轴工业机器人由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统等几大部分组成。本加工单元中，机器人是主动设备，机床是从动设备，机器人发出信号传输给数控机床，控制液压卡盘的松开与夹紧。机器人根据要求需做出抓料、工件识别、上料、扶正、下料和翻转倒屑等编程操作和动作调整，所有这些动作都编制相应的PLC程序储存在机器人的控制系统中，同时机器人会根据节拍要求随时调整动作速度。总之，机器人会根据现场实际情况进行姿态调整以满足加工的需要。需要强调的是机器人的所有动作与机床相对独立，没有关联关系。数控机床与机器人之间的联系是通过单独的I/O接口进行数据交换与识别。

3.2 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。

3.3 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。

4结束语

随着工业机器人灵巧化和智能化不断发展，工业机器人结构越来越灵巧，控制系统愈来愈小，其智能也越来越高，其在机床领域的应用也会越来越广泛;而伴随数控技术日新月异的进步，数控机床的加工领域也必将越来越广阔。将工业机器人与数控机床进行结合起来，运用了先进的自动物料输入/输出系统、工件自动准确定位系统、气密检测系统以及状态识别、在线诊断/检测、刀具寿命管理、破损检测系统和加工管理系统，先进的柔性复合加工技术等多项先进技术，并通过机器人完成数控加工中心与数控车床的工序交换，实现了全线从毛坯到成品的自动化制造，将原来多道加工工序进行压缩，达到集制造加工技术、自动化技术和信息技术于一体的柔性智能制造技术的应用。

参加文献

[1] 陈国定.机械设计基础[M].北京：机械工业出版社，2006：101.

[2] 孙凤池.机械加工工艺手册[M].北京：机械工业出版社，2007：57.