摘要：針對（duì）在電機端蓋（gài）加工中由於人工對機床上下料，生產效率提升空間（jiān）有限的（de）特（tè）點，介紹了通過引入國產GSK-RB工業機器人來實現電機端（duān）蓋自動（dòng）上下料功能（néng）以解決效率提升問題，並對工業機器人自（zì）動上下料功能的實現細節進行了敘述，可供相關工廠（chǎng）自動線設計人員參考（kǎo）。

      0 前言

     隨著勞動力成本的不斷提高，在（zài）機械製造加工行業（yè），用各種自動化（huà）的（de）設備輔助傳統的加工主體-數控（kòng）機床來實現無人自動化生產已是大勢所趨。工業機器（qì）人因（yīn）其自動化程度高，可代替人工作業等諸多優（yōu）點，在機械加工行業自動化生產中越來越得到廣泛的應用。工業（yè）機器人與機床的（de）智慧融合，提高了機（jī）床的利用（yòng）率和加工穩定性，使無人（rén）自動化生產得以（yǐ）實現。

     在筆者公司的（de）伺服電機生產製造過程中，其中的零部件——電（diàn）機（jī）的前後端蓋加工都是（shì）以大批量產能為特（tè）征（zhēng）。機床在保證電機端蓋的（de）各項加工精度的基礎上，高（gāo）加工效率（lǜ）是產能的重（chóng）要保證。實際應用中（zhōng），機床的各項加（jiā）工指標如（rú）剛（gāng）度（dù）、刀具、主軸（zhóu）轉速基本定型，通過優化加工工藝（yì）來提高機床生產效率的空間十分有限。因（yīn）此，提高生產效率的主要途徑是通（tōng）過縮短加工的（de）準備（bèi）和輔助工時。電機端蓋加工準備和輔助工時主要指工件在機床中的（de）上下料時間和不同機床間的流轉時間。一個電機端蓋的加工單元中（zhōng），通常由一名工人操作（zuò）兩台數控機床，手動進行機（jī）床的上下料和（hé）啟停操作，由於人工（gōng）工作的隨意性與（yǔ）不確定（dìng）性，上下料效率不高。本文旨在討論在雙機（jī）床加工電機端蓋中，通過引入（rù）工業機（jī）器人替代人工，實現自動取料，對機床上下料，放料功能，從而縮短加工準備和（hé）輔助工時，使（shǐ）生產效率得到（dào）提高。

       1 、工業機器（qì）人應用現狀與GSK-RB 工業機器人介紹

     工業機器人（rén）是麵向（xiàng）工業領域的多關（guān）節機械手或多自由度的機器人。使用者隻需對工業機器人完成相（xiàng）應動作示教及位置點采樣，編製運動程作，達到（dào）與人工相媲美的勞動作業機能。

     一直以來，國內的工業機器人市場主要被日係和（hé）歐係產品占據。日係有安川、FANUC和川（chuān）崎等公司的產（chǎn）品； 歐係則有德國的KUKA、CLOOS，瑞典（diǎn）的ABB，意大利的COMAU 等公司的產品 由於（yú）國外對該領域進行技術性（xìng）的壟（lǒng）斷，工業機器人使用成本高昂。國產工業機器人起（qǐ）步較晚，但經過多（duō）年努力，目前也形成了一些有市場競爭力的企業和產（chǎn）品。與日係和歐係工業機器人相比，國產機器人使用（yòng）成本（běn）相對低廉，在某些（xiē）領域的性能和安全性與國外（wài）產口相當。

    GSK-RB係列工業機器人是（shì）國產工業機器人中的代表性產品，由廣（guǎng）州數控設備有限公司自主研發生產，可用於工件搬運，機床上下料，塗膠、噴漆等機（jī）械製造領域。GSK-RB係列工（gōng）業機器（qì）人為六自由（yóu）度機器人，由機器人（rén）本體、機器人控製櫃和示教（jiāo）盒三部分組成。機器人本體（tǐ）是工業機器人（rén）動作的機械執行機構，末端含有根據加工件尺寸設計的專用（yòng）氣動手爪，用於夾持工件；機器人控（kòng）製櫃是機（jī）器人的（de）控製中樞，內含機器人控製器、伺服驅動單元等電氣裝置（zhì）；示教盒為人機交互接口，用於實現操作者對機器人的示教、編程、係統設置等功能。

      2、電機端（duān）蓋自動（dòng）上下料加工單元的組（zǔ）成與機器人（rén）工作流程

      電機端蓋自動上下料（liào）加工單（dān）元由兩台數控車床（chuáng），一台（tái）GSK-RB08工業（yè）機器人、一（yī）個料盤與一（yī）個物（wù）料箱組成（chéng）。其平麵布局如圖1。

     在本加工單元中，機器人是主動設備，機床是從動設備，由機器人發信號給機床的CNC，控製機（jī）床的主軸預置定位，液壓卡盤的鬆開與夾緊，以（yǐ）及自動方式下加工程序的啟停。料盤有12個工位，由一台PLC進行單獨控製。在機器人固定取料（liào）位置下麵裝有一接近開關用於檢測是否有（yǒu）料。料盤下麵（miàn）裝有（yǒu）電機與減速器，可帶動（dòng）料（liào）盤進行轉動。當沒有料時，料盤自動旋轉（zhuǎn）至一個有料的工位。物料箱用於盛放機器人（rén）從機床上抓取下來的已加（jiā）工好的（de）電機端蓋。機器人的（de）末端裝有兩個（gè）氣動（dòng）夾手，根據電機端（duān）蓋毛坯件的尺寸專門（mén）設計。

     夾手1用於機器人上料時夾持待加工的工件；夾手（shǒu）2用於機器人下料時夾（jiá）持已加工好的工件。

     電機端蓋自動上（shàng）下料係統（tǒng）中機器人的子工作流程（chéng）有如下三種（以單台機床為例）。

      （1） 機（jī）器人取料：機器人在待機位置→移動（dòng）至取（qǔ）料前位→夾手1鬆開並檢測鬆開到位→移動至取料位（下次取料還需（xū）加入工件偏移與計數處理） →夾手1夾持工件並檢測夾緊到位→移動至取料前位→移動至機器人（rén）待機位置→等待機床準備好。

      （2） 機床卡盤上沒有工件的情況下，機器人上料：機器人在待機位置，夾手1有工件→機器人移動至機床門前位（wèi）→檢測機床防護門開到位→機器人移動至上料卡（kǎ）盤前位→移動至上料卡盤內位→夾手1鬆開工件並檢測鬆開到位→發信號給機（jī）床（chuáng）CNC要求卡盤夾（jiá）緊並檢測到位→機器人（rén）移（yí）動至上料卡盤前位→移動至機床門前位→移動至機器人待機位置→發信（xìn）號（hào）給CNC 要求啟（qǐ）動加工程序。

      （3） 機床卡盤上有加工好的工件情況下，機器人（rén）下料、上料再放料：機器人在待機位置（zhì），夾手1有工件（jiàn）→機器人移動至（zhì）機床門前位（wèi）→檢測機床（chuáng）防護門開到位→移動至下料卡（kǎ）盤前位→移動至下料卡盤內位→夾手（shǒu）2夾持工件並檢測夾緊到位→發信號給（gěi）機床CNC要求卡盤鬆開並檢測鬆開到（dào）位→移動至下料（liào）卡盤前位→移動（dòng）至上料卡（kǎ）盤前位（即夾手1準備上料） →移動（dòng）至上料卡盤內位→夾手（shǒu）1 鬆開工件並檢測鬆開到位→發信號給機床CNC要求卡盤夾緊並（bìng）檢（jiǎn）測夾緊到位→移動至上料卡盤前位→移動至（zhì）機床門前位→移（yí）動至待機位置→發信號給CNC要求啟動加工（gōng）程序→移動至放料前位→移（yí）動至放料位，夾（jiá）手2鬆開，放料→移動至放料前位→移動至機器（qì）人待機位置。電機端（duān）蓋自動上下料係（xì）統中機器人對雙機床（chuáng）上下料的總（zǒng）工作流程如圖2。

       3、機器人控製器與機床CNC的交互

      （1） I/O信號

      機器人控製器與機床CNC的I/O信號交互可通過二種方法來（lái）實現（xiàn）。第一種方法是采用中間繼電器直接進行I/O 信號交互。該方法易於實現，缺點是當交互的I/O信號點數過多時，需要耗費較多的中間繼電器，占用了較多的電櫃空間。第二（èr）種方法（fǎ）是機器人控製器與機床CNC 使用總線通迅的（de）方法。該方法（fǎ）省去了冗雜的兩設備間的中間繼電器I/O轉接，但局限性（xìng）在於要求機器人控製（zhì）器與機（jī）床（chuáng）CNC 可以組網（wǎng），支持同一種總（zǒng）線（xiàn）通迅協議，能實（shí）現數據互（hù）連。在本係統實現中（zhōng），由於機器人控（kòng）製器和機床CNC 均使用同一家公司的產（chǎn）品且支持設備間組網與數據通迅，故采用第二種方法。

     機器人控製器與機床CNC的I/O交（jiāo）互信號有三（sān）類。1） 機床的（de）狀態信號：機床聯機（jī）/單機狀態、機床準備好、機床運行（háng）中、機床報警、機床卡盤鬆開/夾緊狀態、機床防護門開到位（wèi）/關（guān）到（dào）位狀態等（děng）；2） 機床的控製（zhì）信號（hào）：要求機床卡盤夾緊/鬆開、要求機床主軸定位、要求機床自動程序運行（háng）等；3） 機器人的狀態信號：機器人報警、機器人待機位置檢測、機（jī）器人取料中、機器人對機床1上（shàng）/下（xià）料中、機器人對機床2上/下料中、機器人放（fàng）料中等。基（jī）於以上信號，機器人（rén）控製器與機床（chuáng）CNC能進行（háng）有效的協調（diào）與控製，從而完成（chéng）上下料工序和零（líng）件加工。

     （2） 機床CNC 的PLC 程序修改

     為了實現機器人控製器（qì）對機（jī）床的控製， 還需要對機床CNC 的PLC 程序進行修改。在機床CNC操作麵板上（shàng）加裝有一個機床聯機/單機旋鈕， 用於切換機床的聯機（jī）/單機狀態。

     在機床單機（jī）狀態下（xià），操作者可以安全操作機床，機器人不能啟動； 當機床與機器人聯機時， 機床CNC 應對機床聯機/單機旋鈕和機器人控（kòng）製器交互I/O信號作出相應的響應與處理，還有各種安全加工保護措（cuò）施（shī）。此（cǐ）外（wài），根據控製（zhì）還需修改機床CNC 對卡盤控製、主軸（zhóu）控製、氣動防護門（mén）控製邏輯，實現機器人（rén）控製器對機床的間接控製。

       4、機（jī）器人運動（dòng）程序（xù）編製

      機器人運動程序中的指令主要（yào）可分（fèn）為四類：運動指令、信號處理指令、流程控製指令和運算（suàn）平（píng）移指令。編（biān）製機器人的運動（dòng）程序，可以總結為在機器（qì）人運動指令（lìng）的基礎上、加入相應的信號處（chù）理與流程控製，從而實現機器人的各種複雜動作。機（jī）器人的自動運行，就是重複（fù）對運行（háng）程序的執行。限於篇幅，節選機器人運動程（chéng）序中的機器人對機床上料部分如（rú）下（xià）：

      5、結語（yǔ）

     本功能已正式用於筆者公司電機生產車（chē）間的電機端蓋加工中，GSK-RB工業（yè）機器人與機床的無（wú）縫結合，完成了工件自動（dòng）上（shàng）下料。與原來的人工上（shàng）下料相比，既大幅縮短加工的準備和輔助工時， 還可以（yǐ）節省人工和提高加工可靠性，使機床無人化運轉得以實現，生產效率提升顯著。