杨金鹏

(四川信息职业技术学院，四川广元628017)

0 前言

采用工业机器人，替代机床操作工，实现工件的自动抓取、上料、下料、工件翻转、工件转序等工作，不仅能够极大地节省人工成本，更重要的是能够保持产品加工的一致性，提高工效。上下料机器人系统集成，是把机器人制造商提供的标准工业机器人通过二次技术开发，配置各种非标外围设备，实现加工中心、数控车床、数控磨床、冲床、剪板机、折弯机、铸造锻造等机床设备的自动化加工。

本文作者采用某公司的工业机器人自动上下料技术，研究把工业机器人上下料技术及数控加工中心有机地组合起来，实现模块化自动上下料柔性制造单元，达到集成化、高精度、高效率的效果。

1 CNC 半自动线现场布局设计

CNC 半自动线的组成主要由CNC 机床、机器人、和料架等组成。在现场的布局状况如图1 所示。

图1 机器人与数控加工中心现场布局图

2 半自动线机器人工作流程设计

半自动线机器人工作流程设计如图2 所示。

图2 半自动线机器人工作流程

3 机器人点位设计

CNC 内治具、料台、机器人间由于固定及治具安装有偏差，需要在取放料区域使用不同的工作(WORK) 坐标系，CNCA使用工作坐标 1(WORK1)，CNCB 使用工作坐标2 (WORK2)，料台使用工作坐标3 (WORK3)，点位分布如图3所示。

图3 机器人点位分布

在自动运行前，需要按照图3 中点位要求将点位示教，就可以且保存在自动运行的程序数据库中。

4 CNC 半自动线与机器人信号设计

为了更好地协调机器人与数控加工中心的工作，要建立机器人和机床之间安全可靠的通讯机制。采用快速I/O 的通讯模式。在硬件方面，通过屏蔽信号电缆将两者之间的PLC 处理器中相应的输入与输出点进行连接，屏蔽电缆可以保证信号传输的稳定性。软件方面，通过FOXBOT 机器人专用应用软件，根据采集机床和机器人当前状态，编写相应的符合上下料逻辑的控制程序，最终达到数控机床与机器人的有效通讯，从而实现模块化自动上下料柔性制造系统单元安全高效运行。信号分配如表1 所示，信号接线图如图4所示。

表1 信号分配表

图4 信号接线图

图4 中KA1EC、KA2EC-A 和KA2EC-B 为中间继电器，选用MY2NJ 型。KA1EC 安装在Robot 电控箱内;KA2EC-A 和KA2EC-B 分别安装在CNCA 和CNCB 机室内KA2EC-A 和KA2EC-B 常开触点分别串接到CNCA，B 机室启动按钮上。EMG1 与EMG 为电控箱内外接急停端子，需将该信号端子原短接片取掉。

5 半自动线机器人过程控制

机器人执行各种动作所应具备的条件:

(1)机器人取料:当取料和放料手爪都没料，此时呼叫取料子程序。

(2)机器人放料:当取料手爪没料，放料手爪有料时，此时呼叫放料子程序。

If Not (GetInp (pD，8))and (GetInp (pD，9))Then'没素材，需取素材

Call Takematerial

End If

注释:InPD8 取料手爪传感器InPD9 放料手爪传感器

(3)机器人进CNCA 机台:当机器人取料手爪有料、放料手爪没料、CNCA 门开到位、CNCA 准备好、自动正常，这些所有信号满足之后，此时呼叫进CNCA 子程序。

If GetInp (PB，8)And GetInp (PB，1)And Get-Inp (PD，8)And GetInp (PB，0)And Not GetInp(PD，9)And GetInp (PB，12)Then

InoutcncA

End If

注释:InPB8 CNCA 准备好InPB1 CNCA 门开到位InPD8 取料手爪传感器

InPD9 放料手爪传感器InPB0 CNCA 手/自动In-PB12 CNCA 正常自动

(4)机器人进CNCB 机台:当机器人取料手爪有料、放料手爪没料、CNCB 门开到位、CNCB 准备好、自动正常，这些所有信号满足之后，此时呼叫进CNCB 子程序。

If GetInp (PB，9)And GetInp (PB，2)And Get-Inp (PD，8)And GetInp (PB，3)And Not GetInp(PD，9)And GetInp (PB，13)Then

InoutcncB

End If

注释:InPB9 CNCB 准备好InPB2 CNCB 门开到位InPD8 取料手爪传感器

InPD9 放料手爪传感器InPB3 CNCB 手/自动In-PB13 CNCB 正常自动

6 结束语

在未使用工业机器人，操作员为CNC 更换产品，人的工作包括:开CNC 门→吹干净铁屑及切削液→拿成品→吹干净铁屑及切削液→放素材→合夹关门并启动CNC，产品及素材放在CNC 前的料台上，物流员推小车为料台送素材和取走加工后产品。使用工业机器人为CNC 换料、吹气、合夹、启动CNC 等工作均由机器人完成，物流员只需要为机器人专用料台送素材及取走加工后产品即可。通过由机器人代替人工取放料的工作，不仅能够极大地节省人工成本，更重要的是能够保持产品加工的一致性，提高工效。

［1］柳洪义，宋伟刚．机器人技术基础［M］．北京:冶金工业出版社，2002．

［2］HAROLD Kerzner．Project Management:A Systems Approach to Approach to Planning，Scheduling，and Controlling［M］．John ＆ sons，inc，2001．

［3］SUH N P，BELL A C，Cossard D C．On an Axiomatic Approach to Manufacturing and Manufacturing System［J］．Journal of Engingeering for Industry，1978，100(5):127－130．

［4］PAHL G，BEITZ W．Engineering Design:Asystematic Approach［C］．London:the Design Council，1998．

［5］AKAO Y，ONO S，HARADA A，et al．Quality Deployment Including Cost，Reliability and Technology ［J］．Quality，1983，13(3):61－67．

［6］HAUSER J R，CLASING D．The House of Quality［J］．Harvard Business Review，1988，66(3):63－73．

［7］徐心和．机器人原理与应用［M］．沈阳:东北大学音像出版社，2004．