郭超

摘要：本文对数控机床技术进行分析，并在此基础上设计机器人群控智能制造系统，在实际案例中探究该系统的应用方式，最后提出智能制造技术的应用要点。该系统可通过检测台自动测量，将带有误差的工件传递到数控系统，由系统完成自动补偿，并利用机器人将工件抓取到指定位置，实现智能运输。在实际应用中，还应通过智能分类资源、强化创新思维、引入网络技术等方式，提高机械设计技术水平，以满足智能制造技术要求。

關键词：智能制造;机械设计;技术应用

中图分类号：TH122                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）16-0196-02

0  引言

在科技不断发展下，我国制造业正逐渐从人工朝着智能机械方向转变。一些工作环境恶劣、技术含量低的岗位逐渐用机器人来完成。与国外相比，我国机械设计技术起步较晚，更应牢牢把握智能制造时代机遇，对机械设计技术进行创新，本文研制的机器人群控智能制造系统，通过强化创新思维，引入网络技术，对各项资源智能分类等方式，可有效推动国内机械制造业的可持续发展。

1  数控机床技术

数控机床是集机械、液压、气压与传感器等技术为一体的自动化设备，在现代工业生产中得到普遍应用。在智能制造时代下，数控系统（CNC）逐渐成为核心控制器，可通过发送数字指令的方式对伺服系统与其他元件进行控制，操控机床生产出所需工件，为机械设备与技术的智能化转型提供极大帮助，其主要功能模块（图1）及技术特点如下：

①CNC作为数控机床控制核心，在出厂之前安装CNC后，用户不可随意调整CNC的位置与速度，但可利用C语言对其进行二次开发;②CNC存储器主要包括两种，一种为随机型SRAM，另一种为只读F-ROM，前者包括PMC与CNC参数，后者包括PMC控制软件与程序等。在通电状态下，BOOT系统可将控制软件运输到D-RAM内，依照程序对其实施CNC处理。在断电状态下，D-RAM内的数据便会全部消失;③轴卡对数字伺服CPU具有控制作用，可对机床位置、速度与电流等进行调节。将伺服CPU运算结果经过串行通信传送给伺服放大器，由放大器对信号放大处理，进而实现电动机通电并转动[1]。

2  机器人群控智能制造系统设计与应用

2.1 整体设计

机器人群控智能制造系统以车间机械工件加工为对象，设计机床上/下料、主/从站、数控加工、信息化管理等多个单元，通过系统内各单元协调运行，经过自动加工、检测、运输与补偿后，最终自动入库，实现对工件的智能制造。该系统内主站单位为整个系统核心控制器，可对各个单元进行实时管控，并与从站循环交换信息;从站单元包括自动清洗、仓储、自动检测与产品输送等单元。该系统适用于小型车铣零件加工，完成自动化装夹、自动排产、线内清洗、自动补偿等功能，有效提升产品质量与加工效率，减少生产人员投入，提高生产效益[2]。

2.2 系统功能

该系统功能主要通过不同单元状态、人机交互、自主反馈等方式完成，可实现物理与信息系统协同，人与设备之间交互。在该系统运行中，利用机床上/下料单元将待加工工件运输到数控加工单元，再根据总控单元指令完成工件加工，然后由上/下料单元将加工完毕的工件运送到检测单元，在检测台上自动测量后，测量信息将上传给总控单元，总控自动剔除不合格工件，由数控系统对工件误差进行补偿，再将不合格工件运送到机床中加工，由机器人单元完成加工、检测、自动补偿等操作，最终实现对工件的智能制造。该系统中机器人卡爪带有传感器，一旦抓取工件失败会自动纠正，再次抓取，从而实现智能运输。该系统主要功能如下：①仓储单元，对原材料、残次品与成品等进行自动出入库管理;②数控加工，主要负责产品加工;③自动检测，依靠自动检测技术，保障产品质量与工业全闭环相符;④自动清洗烘干，对工件自动清洗、烘干;⑤信息管理单元，采用信息手段对机床上下料、数控单元运行过程动态监控，并对机器人运行中的关键信息进行处理，实时监测机器人运行全过程，保障设备持续运行，降低停机频率，使加工程序管理更加高效，同时也方便对设备进行科学维护。

2.3 应用方法

在系统运行期间，当机器人抓取到相应工件并运输到指定地点后，可将信号发送给数控机床，要求其开启防护门。本文对机器人与机床间的信号传递进行重点分析。

2.3.1 机器人发送信号，机床接收

在该状态下，机器人程序语句为：Signal：通知机床开启防护门;然后查看机器人的接口地址，因机器人与主站间依靠I/O通信，可参考主站地址，对机器人传输信息与接口地址进行设计。根据图纸可获取机器人输出signal硬件接口为OUT1，与之相对应的主站信号为I0.4;在确定输入信号后，可在S7-300PLC中设计逻辑程序，根据S7-300与S7-200间的通信协议，得出S7-300信号与S7-200信号的V0.4相对应。在对机床PMC程序设计时，可先对S7-200信号接口地址Q0.1进行分析，与之对应的输入信号为X0.1，在PMC中程序设计如图2所示。当信号Y6.4为1时，将继电器与接触器相结合，可触发防护门，使电磁阀与防护门开启。待机床加工工件结束后，防护门便会自动开启，此时液压卡盘也会松开，机器人在接收信号后便会来抓取工件[3]。

2.3.2 机床发送信号，机器人接收

当机床防护门与液压卡盘到位后，便会发出信号Y6.0。机床从站通过I/O通信方式对硬件接口地址进行查看，并与主站地址相对比，由此设计S7-200输出与输入信号地址。根据图纸可知，机床加工完成信号M24对S7-200PLC进行触发，输入信号为I1.3;在确定输入信號后，可在PLC中设计逻辑程序，根据通信协议，由S7-200输出信号与S7-300输入信号相对应，可将输出信号发送给机器人。根据图纸，将S7-300的输出信号分别表示为Q0.3、Q0.4与Q0.5，分别对输入的IN1、IN2与IN3机器人信号相对应，利用AS语言可将其转变为1001、1002与1003，由此可对机器人程序进行设计，即wait：1001、1002、1003三个信号。待满足等待条件后，机器人便会移动到指定位置，按照事先设定的指令抓取工件，并将其移动到指定地点，顺利完成抓取任务。

2.3.3 数控PMC程序应用

PMC程序依靠梯形图的方式表示，将程序在内部转化为某格式，CPU对其进行译码，并将结果传入ROM中保存。利用CPU可快速读取存储器内的各条指令，通过计算执行相应程序。在数控机床应用中，刀具选择、辅助动作与开关均要通过PMC来完成，控制信号流程如图3所示。

在加工程序指令应用中，M代码利用4字节二进制数输出，以M03为例对代码流程进行分析。在代码输出后，可对指令MF信号进行读取，这就意味着输出M信号已经确定。在利用PMC进行代码编译时，利用DECB指令，可一次性对8个代码进行编译。一旦主轴正转指令被实施后，正转信号便会变成1。在M功能完毕后，代码会变成0，此时MD0.3信号与会变为0。要想在同一个程序段完成移动、暂停等指令时，还应等待分配信号。该信号可向PMC发送主轴、辅助与道具等功能，并对PMC侧的完成信号状态进行控制。

3  智能制造时代下机械设计技术的应用要点

在国内机械制造的实际发展中，因智能化水平较低，导致信息集成度降低、共享性减弱，不利于智能技术在机械制造中的充分应用。针对上述问题，可通过智能分类资源、强化创新思维、引入网络技术等方式，使机械制造更加智能，满足现代工业发展需求。

3.1 智能分类资源

在机械制造期间，应将产品与工艺有机结合起来，使资源得到合理分配，使智能制造效率与质量得到有效保障。对此，可设计合理方式对整体机械制造过程进行模拟，及时发现机械制造中存在的问题。通过创建资源共享中心，对机械制造情况实时监督，将生产制造数据存储到系统内。在制造过程中，通过读取产品要求的方式调整工艺，使其与生产标准相符合。当检测器发出预警信号后，需要工作人员及时设置系统信息，确保其应用效果。

3.2 强化创新思维

在智能制造背景下，应将创新思维引入制造设计中，不但使制造技术得以优化，还要结合生产情况进行创新，更有利于智能制造的长远发展。对此，应加强技术交流，学习发达国家的智能技术，并对其补充和完善，挖掘信息背后的价值，将其作为参考依据，为未来智能制造设计技术更新换代提供助力，弥补国内智能制造方面的技术缺口。

3.3 引入网络技术

网络技术可为数据传输提供有利通道，使传输内容更加准确全面，推动智能机械技术更新优化甚至换代;网络技术的应用还打破传统的加工方式方法，通过变量调整控制整个机械运行流程，从而实现对制造过程的远程监控;网络技术的应用还可将系统指令迅速传递到生产中，使制造效率与质量显著提升;由于机械制造工艺的复杂性，网络技术可有效支持对大量所需需材料的信息对比，择优选择，显著提升机械制造水平。

4  结论

综上所述，在现代制造业发展中，以数控系统为核心，设计并应用机器人群控智能制造系统，实现智能运输是实现产品智能制造的有益探索。在实际应用中，还应通过智能分类资源、强化创新思维、引入网络技术等方式，不断提高智能机械制造水平，实现由人工到机器的过渡，提高运行效率，推动国内制造业的健康长久发展。

参考文献：

[1]冯振华，胡延鹤.探究智能制造时代机械设计技术的几点研究[J].内燃机与配件，2019（11）：218-219.

[2]黄少华.智能制造时代背景下机械设计技术问题及措施研究[J].世界有色金属，2020（01）：200，203.

[3]吕光.关于智能制造时代机械设计技术的几点探讨[J].经营者，2019，033（009）：138.