工业机器人在数控加工中应用
2020-12-30 来源：广州工程技术职业学院 作者： 赵少君 林雁飞
摘要：本文通过对两台 FANUC 数控机床进行改造，与 ABB 机器人组成数控加工的生产线。生产线中由 PLC 控制机器人在导轨上来回运动于两台数控机床之间上下料，并把加工好的工件进行码垛。实现了工件自动装卸与加工成品码垛摆放，提高了数控加工产品的精度与效率。
关键词：工业机器人编程；PLC 编程；数控机床生产线
随着制造业的不断发展，制造业中引入了机器人技术，使得产品质量在精度与稳定性上都有了很大的提高，也大大缓解了对大量熟练工人需求缺口。为企业提高了生产效率，节省了人工成本与加工成本，也提高了企业的竞争力。本文以如何构建数控机床加工与机器人组成的智能生产线为例，论述生产线的组建与在生产中的应用方面作出初步的探讨与研究。
1 、生产线的组成与布局
本文所述的生产线由两台 FANUC 数控车床、ABB 机器人、机器人导轨、放料台、PLC 设备组成。两台数控车床并排排列，机床 #1 旁边放在上料台，机床 #2 旁边放置下料台，两台机床前面放置机器人导轨，机器人放置在工作台上。
2 、生产线工作原理
首先 PLC 控制机器人在导轨上回零点，然后去取料等待点，等待放料台的物料到达位置信号后，机器人到达取料点，机器人取料，取料后等待数控机床 #1 自动开启机床门，张开机床液压卡盘，机器人放料进入卡盘，卡盘自动夹紧，机器人松开物料并撤出机床范围，机床门关闭，机床启动自动加工，机器人等待自动加工完成，机床加工完成后机床门自动打开，机器人进入机床里面夹住半成品工件，机床卡盘松开，机器人带着物料撤出机床范围，PLC 控制机器人运行到机床 #2 放料处，等待 2 号机床打开机床门，重复以上 1 号机床的所实施的动作，最后把加工完成的工件通过码垛方式摆放好工件。
表 1 机器人输入信号 DI 与输出信号 DO 与地址分布
3 、数控车床改造
本例中数控车床没有液压控制开关门装置，需要加装液压装置，控制机床的门开关功能。由于机床要与机器人进行通信，需要从机器人的 I/O 板接口接线到机床系统以控制机床的门的开关、夹具的松紧、机床的启动、机床的停止等功能。要对机床进行接线改造，具体的接线参考表 1 所示。
4、 PLC 控制机器人在导轨上运行
由于两台数控机床尺寸较大，机器人在固定位置难以服务于两台机床的上下料，需要添加导轨，通过 PLC 控制机器人在导轨上运行，以达到服务于两台机床的目的。
如图 1 所示，PLC 控制机器人运动，开始时候，位机器人在任意位置 A 点，首先控制机器人返回导轨原点，接着机器去到取料等待点位置等待取料，物料准备好后，发出信号，机器人去到取料点进行取料并等待机床 #1 打开机床门放料进入机床，放好物料后等待机床 #1 加工完成，机器人取出机床半成品，去到D 点机床 2# 放料点，完成一个加工周期。编辑以上动作的 PLC 控制程序，需要用到 FX1N 系列 PLC编程，使用 FX1N 的简易定位控制指令来实现。本文用到简易定位控制指令中的原点回归 FNC156 （ZRN）、绝对位置控制FNC158(DRVA)两种。
图 1 PLC 控制机器人运动的位置图
4.1 原点回归指令 ZRN。
当可编程控制器断电时会消失，因此上电时和初始运行时，必须执行原点回归，将机械动作的原点位置的数据事先写入。
① S1 : 指定原点回归开始的速度。② S2 :爬行速度。③S3 ：指定近点信号输入。④ D：指定有脉冲输出的 Y 编号（仅限于 Y000 或 Y001）。
4.2 绝对位置控制指令 DRVA 。
以绝对驱动方式执行单速位置控制的指令。
① S1：输出脉冲数。② S2:输出脉冲频率。③D1 ：脉冲输出地址，指令仅能用于 Y000、Y001。④D2 ：旋转方向信号输出地址。
根据以上分析与指令应用，PLC 控制程序编写（截取部分程序）如图 2：程序中 X005 是机器人急停按钮，X001 为导轨急停按钮。第 8 行为返回零点，第 31 行为去取料等待点。
图 2 PLC 控制机器人导轨运行程序
5 、机器人编程
5.1 DI 与 DO 信号设置
为了后面程序的编辑，首先要设置好 I/O 通信。本例使用的机器人自带 ABB 标准 I/O 板 DSQC652，有 16 个数字信号输出接口与 16 个数字信号输入接口。具体接线参考机器人输入信号 DI 与输出信号 DO 与地址分布表 1，其中输入信号端口 14、15、16 接入到 PLC 的输出端口，输出端口 7 接入到 PLC 的输入端口，以控制机器人在导轨上的运行。在示教器上设置输入输出信号时候，可根据表 1 所示接好的线设置从 DI1-DI16 的输入信号与 DO1-DO12 的输出信号。
5.2 程序编写
为了便于对程序的管理与调试，可把程序分成几个例行程序。分别为主程序，夹取物料程序，物料装夹到机床程序，机床运行加工程序，工件放置程序，中断程序。其中中断程序主要用来应对紧急情况的处理，一旦出现程序错误或者信号异常情况，机器人马上跳转到中断程序里，作出相应的紧急处理，以确保生产的安全。
5.3 机器人坐标点选取
上料台与下料台的物料与产品成品都需要规则排列。上料时候机器人可分别对各物料的位置进行定位抓取，也可以通过码垛编程方式进行定位抓取。完成加工后也可以以同样方式进行放置成品。机器人工作时候需要找到合适的坐标点，坐标点选取直接影响到上料的精确度与产品加工的精度，同时也要避
免机器人与机床的碰撞。通过上述步骤，在示教器把程序编辑完成后，要先运行调试，检测程序运行情况，是否达到预期效果，调试完后方可以投入到真正的加工生产中去。
结束语
本文以如何构建数控机床加工与机器人组成的生产线为例，探讨生产线的组建与在生产中机器人编程的技巧。实现了数控加工智能化，使得数控加工变得简单而不再劳累。提高了数控加工的安全性与产品的质量，也提高了生产效率，降低了加工成本。
投稿箱：
如果您有机床行业、企业相关新闻稿件发表，或进行资讯合作，欢迎联系本网编辑部， 邮箱：skjcsc@vip.sina.com
如果您有机床行业、企业相关新闻稿件发表，或进行资讯合作，欢迎联系本网编辑部， 邮箱：skjcsc@vip.sina.com
更多相关信息
