工業機器人在數控加工中應用
2021-4-28 來源：廣州工程技術職業學院 作者：趙少君 林雁飛
摘 要：本文通過對兩臺 FANUC 數控機床進行改造，與 ABB 機器人組成數控加工的生產線。生產線中由 PLC 控制機器人在導軌上來回運動于兩臺數控機床之間上下料，并把加工好的工件進行碼垛。實現了工件自動裝卸與加工成品碼垛擺放，提高了數控加工產品的精度與效率。
關鍵詞：工業機器人編程；PLC 編程；數控機床生產線
隨著制造業的不斷發展，制造業中引入了機器人技術，使得產品質量在精度與穩定性上都有了很大的提高，也大大緩解了對大量熟練工人需求缺口。為企業提高了生產效率，節省了人工成本與加工成本，也提高了企業的競爭力。本文以如何構建數控機床加工與機器人組成的智能生產線為例，論述生產線的組建與在生產中的應用方面作出初步的探討與研究。
1、 生產線的組成與布局
本文所述的生產線由兩臺 FANUC 數控車床、ABB 機器人、機器人導軌、放料臺、PLC 設備組成。兩臺數控車床并排排列，機床 #1 旁邊放在上料臺，機床 #2 旁邊放置下料臺，兩臺機床前面放置機器人導軌，機器人放置在工作臺上。
2 、生產線工作原理
首先 PLC 控制機器人在導軌上回零點，然后去取料等待點，等待放料臺的物料到達位置信號后，機器人到達取料點，機器人取料，取料后等待數控機床 #1 自動開啟機床門，張開機床液壓卡盤，機器人放料進入卡盤，卡盤自動夾緊，機器人松開物料并撤出機床范圍，機床門關閉，機床啟動自動加工，機器人等待自動加工完成，機床加工完成后機床門自動打開，機器人進入機床里面夾住半成品工件，機床卡盤松開，機器人帶著物料撤出機床范圍，PLC 控制機器人運行到機床 #2 放料處，等待 2 號機床打開機床門，重復以上 1 號機床的所實施的動作，最后把加工完成的工件通過碼垛方式擺放好工件。
3、 數控車床改造
本例中數控車床沒有液壓控制開關門裝置，需要加裝液壓置，控制機床的門開關功能。由于機床要與機器人進行通信，需要從機器人的 I/O 板接口接線到機床系統以控制機床的門的開關、夾具的松緊、機床的啟動、機床的停止等功能。要對機床進行接線改造，具體的接線參考表 1 所示。
4、 PLC 控制機器人在導軌上運行
由于兩臺數控機床尺寸較大，機器人在固定位置難以服務于兩臺機床的上下料，需要添加導軌，通過 PLC 控制機器人在導軌上運行，以達到服務于兩臺機床的目的。
表 1 機器人輸入信號 DI 與輸出信號 DO 與地址分布
如圖 1 所示，PLC 控制機器人運動，開始時候，位機器人在任意位置 A 點，首先控制機器人返回導軌原點，接著機器去到取料等待點位置等待取料，物料準備好后，發出信號，機器人去到取料點進行取料并等待機床 #1 打開機床門放料進入機床，放
好物料后等待機床 #1 加工完成，機器人取出機床半成品，去到D 點機床 2# 放料點，完成一個加工周期。
編輯以上動作的 PLC 控制程序，需要用到 FX1N 系列 PLC編程，使用 FX1N 的簡易定位控制指令來實現。本文用到簡易定位控制指令中的原點回歸 FNC156 （ZRN）、絕對位置控制FNC158(DRVA)兩種。
圖 1 PLC 控制機器人運動的位置圖
4.1 原點回歸指令 ZRN。當可編程控制器斷電時會消失，因此上電時和初始運行時，必須執行原點回歸，將機械動作的原點位置的數據事先寫入。
① S1 : 指定原點回歸開始的速度。② S2 :爬行速度。③S3 ：指定近點信號輸入。④ D：指定有脈沖輸出的 Y 編號（僅限于 Y000 或 Y001）。
4.2 絕對位置控制指令 DRVA 。以絕對驅動方式執行單速位置控制的指令。
① S1：輸出脈沖數。② S2:輸出脈沖頻率。③D1 ：脈沖輸出地址，指令僅能用于 Y000、Y001。④D2 ：旋轉方向信號輸出地址。
根據以上分析與指令應用，PLC 控制程序編寫（截取部分程序）如圖 2：程序中 X005 是機器人急停按鈕，X001 為導軌急停按鈕。第 8 行為返回零點，第 31 行為去取料等待點。
圖 2 PLC 控制機器人導軌運行程序
5 、機器人編程
5.1 DI 與 DO 信號設置
為了后面程序的編輯，首先要設置好 I/O 通信。本例使用的機器人自帶 ABB 標準 I/O 板 DSQC652，有 16 個數字信號輸出接口與 16 個數字信號輸入接口。具體接線參考機器人輸入信號 DI 與輸出信號 DO 與地址分布表 1，其中輸入信號端口 14、15、16 接入到 PLC 的輸出端口，輸出端口 7 接入到 PLC 的輸入端口，以控制機器人在導軌上的運行。在示教器上設置輸入輸出信號時候，可根據表 1 所示接好的線設置從 DI1-DI16 的輸入信號與 DO1-DO12 的輸出信號。
5.2 程序編寫
為了便于對程序的管理與調試，可把程序分成幾個例行程序。分別為主程序，夾取物料程序，物料裝夾到機床程序，機床運行加工程序，工件放置程序，中斷程序。其中中斷程序主要用來應對緊急情況的處理，一旦出現程序錯誤或者信號異常情況，機器人馬上跳轉到中斷程序里，作出相應的緊急處理，以確保生產的安全。
5.3 機器人坐標點選取
上料臺與下料臺的物料與產品成品都需要規則排列。上料時候機器人可分別對各物料的位置進行定位抓取，也可以通過碼垛編程方式進行定位抓取。完成加工后也可以以同樣方式進行放置成品。機器人工作時候需要找到合適的坐標點，坐標點選取直接影響到上料的精確度與產品加工的精度，同時也要避免機器人與機床的碰撞。
通過上述步驟，在示教器把程序編輯完成后，要先運行調試，檢測程序運行情況，是否達到預期效果，調試完后方可以投入到真正的加工生產中去。
結束語
本文以如何構建數控機床加工與機器人組成的生產線為例，探討生產線的組建與在生產中機器人編程的技巧。實現了數控加工智能化，使得數控加工變得簡單而不再勞累。提高了數控加工的安全性與產品的質量，也提高了生產效率，降低了加工成本。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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