工業(yè)機(jī)器人是怎么樣與數(shù)控機(jī)床配合工作的

本文論述了FANUC機(jī)器人在電機(jī)外殼加工生產(chǎn)線上的應(yīng)用過(guò)程，采用機(jī)器人自動(dòng)上下料技術(shù)及利用iRVision視覺(jué)系統(tǒng)，合理地規(guī)劃?rùn)C(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡，把工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)技術(shù)及數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)有機(jī)地組合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝卸工件、自動(dòng)碼放加工成品，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的高精度、高效率和低成本加工。

1．FANUC機(jī)器人

自動(dòng)加工生產(chǎn)線配置了兩臺(tái)FANUC Robot M－20iA搬運(yùn)系統(tǒng)機(jī)器人，其中一臺(tái)機(jī)器人作為行走機(jī)器人R1，使用FANUC伺服電動(dòng)機(jī)αiF12／3000控制，通過(guò)精密減速機(jī)、齒輪及齒條進(jìn)行傳動(dòng)，重復(fù)精度高，可以輕松適應(yīng)機(jī)床在導(dǎo)軌兩側(cè)布置的方案。主要用于毛坯工件的抓取、機(jī)床上料、加工工序間工件抓取以及加工成品卸除并運(yùn)送到傳輸帶上。另一臺(tái)固定機(jī)器人R2結(jié)合FANUC獨(dú)有的智能機(jī)器人技術(shù)（iRVision視覺(jué)功能），用于下料，在料筐里碼放加工成品。

FANUC Robot M－20iA機(jī)器人各環(huán)節(jié)每一個(gè)結(jié)合處為一個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)或坐標(biāo)系，其外形及各關(guān)節(jié)位置如圖1所示。

圖1 FANUC機(jī)器人外形圖

2． 自動(dòng)加工線設(shè)備布置

電機(jī)外殼自動(dòng)加工生產(chǎn)線由上料輸送帶和下料輸送帶（分別配置iRVision視覺(jué)系統(tǒng)）、行走機(jī)器人R1（導(dǎo)軌式）、固定機(jī)器人R2、兩臺(tái)VM850立式加工中心、一臺(tái)CLX360數(shù)控車床、成品料筐和系統(tǒng)控制柜等組成，各設(shè)備布置如圖2所示。

圖2 加工線設(shè)備布置圖

3． 數(shù)控加工工藝

工件為電機(jī)外殼， 如圖3所示， 為大批量生產(chǎn)， 材料是ADC12鋁合金。加工內(nèi)容包含端面銑削鉆孔、攻螺紋和內(nèi)孔車削等內(nèi)容。

圖3 電機(jī)外殼零件圖

零件加工工序內(nèi)容分配如下：（1）VM850立式加工中心1進(jìn)行M4螺紋底孔鉆孔、M4螺紋攻螺紋及銑削外圓凸臺(tái)工序加工，如圖4所示。

圖4 加工中心1加工工序圖

（2）VM850加工中心2進(jìn)行鉆6個(gè)φ 5．5mm的通孔、孔口倒角工序加工，如圖5所示。

圖5 加工中心2加工工序圖

（3）CLX360數(shù)控車床進(jìn)行內(nèi)孔及臺(tái)階孔、孔口倒角工序加工，如圖6所示。

圖6 數(shù)控車床加工工序圖

此外， 還需要設(shè)計(jì)專用夾具， 加工中心夾具采用內(nèi)夾方式，數(shù)控車床采用外夾方式。利圖1 FANUC機(jī)器人外形圖用機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床加工組合應(yīng)用技術(shù)，以自動(dòng)上下料的方式加工此工件，提高加工效率。

4． 機(jī)器人自動(dòng)上下料動(dòng)作設(shè)計(jì)

根據(jù)工件的外形特點(diǎn)設(shè)計(jì)機(jī)器人氣動(dòng)手爪部件，包含氣動(dòng)、傳感器及機(jī)械部件等。工件加工工藝流程如下：

①毛坯工件擺放在上料傳送帶上。

②行走機(jī)器人R1復(fù)合手爪抓取毛坯工件，行走到加工中心1位置，將工件安裝到加工中心1的專用夾具上，如圖7所示。

圖7 加工中心1夾具上放工件

③待加工中心1加工完成后，行走機(jī)器人R1復(fù)合手爪取下工件，行走到加工中心2位置，將工件安裝到加工中心2的專用夾具上，如圖8所示。

圖8 加工中心2夾具上放工件

④待加工中心2加工完成后，行走機(jī)器人R1取下工件到數(shù)控車床位置，將工件安裝到專用夾具上，如圖9所示。待工件加工完成后取下工件，機(jī)器人行走到工件翻轉(zhuǎn)臺(tái)位置，進(jìn)行工件翻轉(zhuǎn)、交換，如圖10所示。

圖9 數(shù)控車床夾具上放工件

圖10 工件在翻轉(zhuǎn)臺(tái)上交換

⑤工件在翻轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行交換后，機(jī)器人R1把加工成品放置在下料傳送帶上，如圖11所示，由機(jī)器人R2進(jìn)行工件下料、自動(dòng)碼放在成品料筐中，如圖12所示。

圖11 復(fù)合手爪將成品工件放到下料輸送帶上

圖12 單手爪將成品工件從下料輸送帶上取下

至此， 結(jié)束一個(gè)完整的加工流程。各加工工序有相應(yīng)的節(jié)拍，經(jīng)過(guò)調(diào)整CNC加工程序以及機(jī)器人動(dòng)作程序后，可實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床加工與機(jī)器人上下料的完美組合。

5． 專用夾具設(shè)計(jì)

依據(jù)三臺(tái)數(shù)控機(jī)床各自的加工工序任務(wù)，設(shè)計(jì)三套組合氣動(dòng)夾具，介紹如下。

（1）立式加工中心1專用夾具：立式加工中心1進(jìn)行鉆孔、攻如圖13所示。

圖13 加工中心1夾具

（2） 立式加工中心2 專用夾具：立式加工中心2進(jìn)行鉆6個(gè)φ 5．5mm的通孔、孔口倒角工序加工，設(shè)計(jì)以氣動(dòng)三爪自定心卡盤夾緊工件，以兩個(gè)彈性V形塊定向的夾具，如圖14所示。

圖14 加工中心2夾具

1．啟動(dòng)卡盤 2．支承塊 3．彈性V形塊 4．特制卡爪

（3）數(shù)控車床專用夾具：數(shù)控車床進(jìn)行內(nèi)孔及臺(tái)階孔、孔口倒角工序加工，設(shè)計(jì)以一面兩銷定位工件、以氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)夾緊器夾緊方式的夾具，如圖15所示。

6 ． 機(jī)器人、P LC與數(shù)控機(jī)床的接口

為保證機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的安全配合，要建立機(jī)器人、PLC以及數(shù)控機(jī)床之間安全可靠的通信連接。在硬件方面，通過(guò)屏蔽電纜將三者之間相應(yīng)的輸入與輸出點(diǎn)進(jìn)行連接。軟件方面，通過(guò)機(jī)器人專用軟件、PLC接口，采集機(jī)床和機(jī)器人當(dāng)前狀態(tài)，編寫相應(yīng)的符合上下料邏輯的控制程序，最終達(dá)到數(shù)控機(jī)床與機(jī)器人的有效通信。重點(diǎn)需要處置緊急停止信號(hào)、數(shù)控機(jī)床準(zhǔn)備完成信號(hào)、機(jī)器人手爪氣動(dòng)信號(hào)、數(shù)控機(jī)床夾具松夾信號(hào)以及安全門信號(hào)等，數(shù)控機(jī)床狀態(tài)監(jiān)控畫(huà)面如圖16所示。

圖15 數(shù)控車床夾具

圖16 數(shù)控機(jī)床狀態(tài)監(jiān)控畫(huà)面

7． 結(jié)語(yǔ)

隨著工業(yè)機(jī)器人向更深更廣方向的發(fā)展以及機(jī)器人智能化水平的提高，機(jī)器人的應(yīng)用范圍還在不斷地?cái)U(kuò)大，工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)作為數(shù)控機(jī)床輔助部件，越來(lái)越受到機(jī)床制造商和用戶的重視。通過(guò)機(jī)器人控制系統(tǒng)和機(jī)床控制系統(tǒng)之間快速無(wú)誤的通信，以及機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的精度，可保證系統(tǒng)加工過(guò)程的可靠性。

本文所述自動(dòng)加工生產(chǎn)線，匯集機(jī)器人技術(shù)、PLC技術(shù)、傳感器檢測(cè)技術(shù)、通信技術(shù)及數(shù)控技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的技術(shù)組合，簡(jiǎn)化了數(shù)控機(jī)床操作模式，提高了數(shù)控機(jī)床的操作安全性，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，工件的上下料及自動(dòng)加工連接緊密，大大提高了工作效率，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。