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工業機器人在數控加（jiā）工中應用

2020-12-30 來源：廣州工程技（jì）術職業學院作者：趙少君（jun1）林雁飛

摘要（yào）：本文通過對兩台 FANUC 數控機床（chuáng）進行改造，與 ABB 機（jī）器人組成數控加工的生產線。生（shēng）產（chǎn）線中由 PLC 控製機器人在導（dǎo）軌上來回運動（dòng）於兩台數控機（jī）床之（zhī）間上（shàng）下料，並把加工好的工件進行碼垛。實現了工件自動裝卸（xiè）與加工（gōng）成品碼（mǎ）垛擺放，提（tí）高了數控加工產（chǎn）品的精度與效率。

關鍵詞：工業機（jī）器人（rén）編程；PLC 編程；數控機床生產線

隨著製造業的不（bú）斷發展（zhǎn），製造業中引入了機器人技術，使得產品質量在精度（dù）與（yǔ）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（běn），也（yě）提高了（le）企業的競爭力。本文以如何構建數控機（jī）床加工（gōng）與機器（qì）人組成（chéng）的智能生（shēng）產線為例，論述生產（chǎn）線的組建與在生產中的（de）應用方麵作出初步的探討與研（yán）究。

1 、生產線的組成與布局

本文所述的生產線（xiàn）由兩台 FANUC 數控車床、ABB 機器人、機器人導軌、放料台、PLC 設備組成。兩台數控車床（chuáng）並排排（pái）列，機床 #1 旁邊放在上（shàng）料台（tái），機床 #2 旁邊放置（zhì）下料台，兩（liǎng）台機床（chuáng）前麵放置機器人導軌，機器人放置（zhì）在工作台上。

2 、生產線工作原理

首先 PLC 控製機器人在導軌上回零點，然（rán）後去取料等（děng）待點，等待放料台的物料（liào）到達（dá）位置信號後，機器人到達（dá）取料點，機器人取料，取料後（hòu）等待數（shù）控機（jī）床 #1 自動開啟機床門，張開機床液壓卡盤，機器人放料進（jìn）入卡盤，卡（kǎ）盤自動夾緊，機（jī）器人鬆開物料並撤出機床範圍，機床門關閉，機床啟動自動（dòng）加工，機（jī）器人等待自（zì）動加工完成，機床加（jiā）工完成後機床門自（zì）動打開，機器人進入機床裏麵夾住半成品工（gōng）件，機床卡盤鬆開，機（jī）器人帶（dài）著物料（liào）撤（chè）出機床（chuáng）範圍（wéi），PLC 控（kòng）製（zhì）機器人運行到（dào）機床 #2 放料處，等待 2 號機床打開機床門，重複以上 1 號機床的所實施的動作，最後把加工完成的工（gōng）件（jiàn）通過碼垛方式擺放好工件。

表 1 機器人輸入信號 DI 與（yǔ）輸出信號（hào） DO 與地址分（fèn）布

3 、數控車（chē）床（chuáng）改造

本例中數（shù）控車床沒有液壓控製開關門裝置，需要加裝液壓裝置，控製機床的門開關功能。由於（yú）機（jī）床要（yào）與機器人進行通信，需要從機器人的 I/O 板接口接線到機床係統以控製機床的門的開關、夾具的鬆緊、機床的啟動、機床的停止等功能。要對機床進行接（jiē）線改造，具體的接（jiē）線參考表 1 所示。

4、 PLC 控製機器人在導（dǎo）軌上運行

由於兩台數控機床尺寸較大，機器（qì）人在固定位（wèi）置難以服務於兩台機（jī）床的上下料，需要添加導（dǎo）軌，通過（guò） PLC 控製機器人在導軌上運行，以達到服務於兩台機床的目的。

如圖 1 所示，PLC 控製機器人運動，開始時候，位機（jī）器人在任意位置 A 點，首先控製（zhì）機器人返回導軌原點，接著機器去到取料等待點位（wèi）置等待取料（liào），物料準備好（hǎo）後，發（fā）出信號，機器（qì）人去到取（qǔ）料點進行取（qǔ）料並等待（dài）機床 #1 打開（kāi）機床門放料進入機床，放好物料後等待機床 #1 加工完成，機器人取出機床半成品，去到D 點機（jī）床（chuáng） 2# 放（fàng）料點，完成一個加工周期。編（biān）輯以上動作的 PLC 控製程序，需要用到 FX1N 係列 PLC編程，使用（yòng） FX1N 的簡易定位（wèi）控製指令來實現。本文用（yòng）到簡易定位控製指令中的原點回歸（guī） FNC156 （ZRN）、絕對位置控製（zhì）FNC158(DRVA)兩種。

圖 1 PLC 控製機（jī）器人運動的位（wèi）置圖

4.1 原點回歸指（zhǐ）令 ZRN。

當可編程控製器斷電時會消失，因此上電時和（hé）初始運行時，必須執行原點回歸，將機械動作的（de）原點位置的數據事先寫入。

① S1 : 指定原點（diǎn）回歸開始的速（sù）度。② S2 :爬行速度。③S3 ：指定近點（diǎn）信號輸入。④ D：指定有脈衝輸出的 Y 編（biān）號（僅限於 Y000 或 Y001）。

4.2 絕對位置控製指令 DRVA 。

以絕對驅動方式執行單速位置控製（zhì）的指（zhǐ）令（lìng）。

① S1：輸出脈衝（chōng）數。② S2:輸（shū）出脈衝頻率。③D1 ：脈衝輸出地址，指令僅能用（yòng）於 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 控製程序編寫（截取（qǔ）部分程序）如圖 2：程序（xù）中 X005 是機器人急（jí）停按鈕，X001 為（wéi）導軌急停按鈕。第 8 行為返回零點，第 31 行為去取料等（děng）待點。

圖 2 PLC 控製機器人導軌運行程序

5 、機器（qì）人編程

5.1 DI 與 DO 信號設置

為了後（hòu）麵程序的編（biān）輯，首先要設置好（hǎo） I/O 通信。本例使用的機器人自（zì）帶 ABB 標準 I/O 板（bǎn） DSQC652，有 16 個數字（zì）信號輸（shū）出接口與 16 個數字信號輸入接口。具體接線參（cān）考機器人（rén）輸入信（xìn）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（chū）端口 7 接入到 PLC 的輸入（rù）端口，以控（kòng）製機器人（rén）在導軌上的運（yùn）行。在示教器上設置輸入輸（shū）出信號時（shí）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（xiě）

為了便於對程序的管理與調試，可把（bǎ）程序分成幾個例行程序。分別為主程（chéng）序，夾取物（wù）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（chéng）序主要用來應（yīng）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裏，作出相應的緊急處理，以確（què）保生產的（de）安全。

5.3 機器人坐（zuò）標（biāo）點選取

上料台與下料台（tái）的物料與產品成品都需要規則排列。上料（liào）時候機器人可分別對各（gè）物料（liào）的位置進行定位（wèi）抓取，也可以通過碼垛編程方式進行定位抓取。完成加工後也可以以同（tóng）樣方式（shì）進行放（fàng）置成品。機器人工作時候需（xū）要找（zhǎo）到合適的坐（zuò）標點，坐標（biāo）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（qì）人與機床的碰撞。通過上述步驟，在示（shì）教器（qì）把程序編輯完成後，要先（xiān）運行（háng）調試，檢測程序運行情（qíng）況，是否達到預期效果，調試完後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（jiā）工與機器人組成的生產線為例（lì），探討生產線（xiàn）的（de）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（huà），使得數控加工變得簡單而不再勞累。提高了（le）數控加工的安全性（xìng）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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