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      摘  要：以數(shù)控車床為基礎(chǔ)，應(yīng)用關(guān)節(jié)機(jī)器人，采用PLC主從控制方式，通過用戶變量及模塊化程序設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)機(jī)床加工與自動上下料高速契合，滿足用戶自動化加工需求。

      關(guān)鍵詞：自動上下料  主從控制  模塊化

      Design of automatic loader system for CNC lathe based on robot
      Abstract: Based on the CNC lathe, by using the joint robot and master-slave control method of PLC, through the user variables and modular program method to realize the automatic parts loading. Key words: Automatic parts loading; PLC master-slave control method; modular program method

          
      前言

      目前，機(jī)械化提速已成為我國經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整的必然趨勢。一方面，機(jī)械化將會使許多傳統(tǒng)制造業(yè)，從勞動密集型行業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)橘Y本密集型行業(yè)；另一方面，國內(nèi)的人力成本越來越高，由于員工不按照勞動生產(chǎn)規(guī)程操作而帶來的工傷索賠比比皆是，因此，工業(yè)流水線上的工作逐漸被機(jī)械甚至機(jī)器人替代，產(chǎn)業(yè)操作工人急劇減少將是大勢所趨。

      根據(jù)市場變化，為滿足客戶需求，在現(xiàn)有機(jī)床產(chǎn)品基礎(chǔ)上，利用關(guān)節(jié)機(jī)器人進(jìn)行物料搬運(yùn)，不僅有效的提高了工作效率，也為用戶節(jié)約了大量的用工成本。本款自動化加工單元就是我公司根據(jù)客戶需要為某機(jī)械廠量身打造的一組高效自動化產(chǎn)品，具有很優(yōu)秀的市場表現(xiàn)。

      1  、方案說明：

      結(jié)合當(dāng)?shù)鼐唧w情況，為該機(jī)械廠設(shè)計(jì)了兩整套方案，具體如下：
      1．機(jī)床成“品”字形擺放，機(jī)器人固定在中心為機(jī)床上下料，位置布局如圖1.1所示：
 

         
                                  圖1.1 方案1布置圖

      2．機(jī)床在傳送帶兩邊，機(jī)器人在導(dǎo)軌上移動為機(jī)床上下料。位置布局如圖1.2所示：
 

        
                                                  圖1.2 方案2布置圖

      綜合以上兩種布局方案，具體說明如下：

      1．以上兩種方案均采用主機(jī)+從機(jī)的控制結(jié)構(gòu)，主機(jī)采用PLC實(shí)現(xiàn)對機(jī)床和機(jī)器人的控制，而從機(jī)為數(shù)控機(jī)床PLC僅控制機(jī)床動作。

      2．?dāng)?shù)控機(jī)床均采用廣州數(shù)控系統(tǒng)，系統(tǒng)本身沒有總線結(jié)構(gòu)，因此兩種方案均采用I/O點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自動化單元設(shè)備之間通訊。

      3．第二種方案中的機(jī)器人需要在軌道上移動，故此對機(jī)器人本身位置的定位精度要求較高，目前實(shí)現(xiàn)起來有一定難度，而且第二種方案所需占地面積相對較大，所以在本次課題中采用了第一種方案，第二種留作機(jī)械廠擴(kuò)建時備用。
綜上所述：采用外置PLC作為主機(jī)，各個機(jī)床作為它的從機(jī)。如圖1.3所示。
 

       
                                            圖1.3 PLC通訊示意圖

      外置PLC作為主機(jī)的主要優(yōu)勢就是可以擴(kuò)展它的IO接口，滿足控制需求。本課題中外置PLC主要是控制機(jī)器人的動作，以及機(jī)器人與機(jī)床銜接時的信號處理（例如：輸入信號中的防護(hù)門開到位等；輸出信號中的機(jī)器人卡爪到位等）。各個機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)只要把機(jī)床控制好，以及反饋和接收一部分信號即可（例如：輸入信號中的機(jī)器人空閑信號等；輸出信號中的請求機(jī)器人服務(wù)信號等）。

      2  硬件接口

        機(jī)床與機(jī)器人之間的通訊信號如表2.1和表2.2所示：
        表2.1機(jī)器人的聯(lián)機(jī)信號（相對于機(jī)器人）
       
   

        3  軟件流程

      本自動化加工單元具體動作流程如圖3.1所示：
      

                                      圖3.1 軟件流程圖

       
                                  圖4.1 機(jī)器人上料過程程序

       4.2 機(jī)器人控制程序

      下面同樣以機(jī)器人上料程序?yàn)槔瑢C(jī)器人在上料過程中動作程序編制的思路及過程進(jìn)行簡要說明。機(jī)器人上料動作過程主要通過在空間記錄的三個位置點(diǎn)加home點(diǎn)完成。上料過程中，機(jī)床準(zhǔn)備就緒后，向機(jī)器人發(fā)出上料允許信號“MT1Request”，將機(jī)床卡盤松卡控制交給機(jī)器人，機(jī)器人收到上料允許信號后按照預(yù)先編好的空間位置，順序控制機(jī)床卡盤松卡及自身卡爪張開與閉合，從而完成整套上料動作。上料結(jié)束后，待機(jī)器人返回到機(jī)床外部之后將機(jī)器人上料完成信號“ESCMAC1”置“1”，機(jī)床開始零件加工運(yùn)行。在這里由于本類型機(jī)器人沒有碼垛功能，因此在上料和下料過程中對多個上料和下料位置采用循環(huán)控制，這里不多贅述。

DEF MAC1HI( )
    GLOBAL INTERRUPT DECL 3 WHEN $STOPMESS==TRUE DO IR_STOPM ( )
    INTERRUPT ON 3
    BAS (#INITMOV,0 )
HI1RDY=False
ESCMAC1=False
Wait for MT1Request  //等待機(jī)床1發(fā)出上料信號
$BWDSTART=FALSE
PDAT_ACT=PPDAT3
FDAT_ACT=FP3
BAS(#PTP_PARAMS,30)
PTP XP3
$BWDSTART=FALSE
PDAT_ACT=PPDAT1
FDAT_ACT=FP1
BAS(#PTP_PARAMS,20)
PTP XP1
$BWDSTART=FALSE
LDAT_ACT=LCPDAT1
FDAT_ACT=FP2
BAS(#CP_PARAMS,0.2)
LIN XP2
HI1RDY=TRUE
Wait for GP1Tighten   //等待機(jī)床1卡盤卡緊
RobGPOpen=false   //機(jī)器人卡爪張開信號置“0”（機(jī)器人卡爪為內(nèi)卡狀態(tài)）
RobGPClose=True   //機(jī)器人卡爪閉合信號置“1”（機(jī)器人卡爪為內(nèi)卡狀態(tài)）
wait for SGPClose   //等待機(jī)器人卡爪閉合（即內(nèi)卡松開）到位信號
HI1RDY=False
$BWDSTART=FALSE
LDAT_ACT=LCPDAT2
FDAT_ACT=FP1
BAS(#CP_PARAMS,0.2)
LIN XP1
$BWDSTART=FALSE
PDAT_ACT=PPDAT4
FDAT_ACT=FP3
BAS(#PTP_PARAMS,30)
PTP XP3
ESCMAC1=TRUE    //機(jī)器人上料完成信號
$BWDSTART=FALSE
PDAT_ACT=PDEFAULT
FDAT_ACT=FHOME
BAS(#PTP_PARAMS,50)
PTP XHOME     //機(jī)器人回到home位置
END           //機(jī)器人給機(jī)床1上料動作結(jié)束

       5  結(jié)語

      目前，本款自動化加工單元已經(jīng)為用戶服務(wù)，并且得到了客戶的肯定。隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，相信更多的自動化生產(chǎn)單元必將成為解決國內(nèi)用工荒及降低人力成本的簡單有效方式之一。另外數(shù)控機(jī)床作為工業(yè)的母機(jī)其在我國工業(yè)發(fā)展中的地位已毋庸置疑，而與數(shù)控機(jī)床相結(jié)合的自動化加工單元直接影響其工作效率和人力成本。因此我們有理由相信作為提高數(shù)控機(jī)床工作效率的重要一環(huán)，自動化加工單元的開發(fā)同樣有著廣闊的市場前景。 

     （文自：沈陽機(jī)床股份有限公司）