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工業機器人在數控加工中應用

2021-4-28 來源：廣州工（gōng）程技術職業學院作（zuò）者（zhě）：趙少君林雁飛

摘要：本文通過對兩台 FANUC 數控機床進行（háng）改（gǎi）造，與 ABB 機器人組成數控加工的生產（chǎn）線。生產線中（zhōng）由 PLC 控製機器人在導軌上來回運動於兩台數（shù）控機床之間上下料，並把加工（gōng）好的工件進行碼垛（duǒ）。實現了工件自動裝卸（xiè）與加工成（chéng）品碼垛擺放，提高了數控加工產品的精度與效率。

關鍵詞：工業機器人編程（chéng）；PLC 編程（chéng）；數控機床生產線

隨著（zhe）製造業的不斷發展，製造業中（zhōng）引入了機（jī）器人技術（shù），使得（dé）產品質量（liàng）在精（jīng）度與穩定性上都有了很大（dà）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（le）生產效率，節省了人工成本與加（jiā）工成本，也（yě）提高了企業（yè）的競爭力。本（běn）文以如何構建數控機床（chuáng）加工與機器人組成的智能生產線為例（lì），論述生產線的組建（jiàn）與在生產中（zhōng）的應（yīng）用方麵作出初步的探討（tǎo）與研究。

1、生產線的（de）組成（chéng）與布局

本（běn）文（wén）所述的生產線由兩台 FANUC 數控車床、ABB 機器人、機器人導軌、放料（liào）台（tái）、PLC 設備組成。兩台數控車（chē）床並（bìng）排排列，機床 #1 旁邊放在（zài）上料台，機（jī）床 #2 旁邊放置下料台，兩台機床前麵放置機器人導軌（guǐ），機器人放（fàng）置在工作台上。

2 、生產線工作原理

首先 PLC 控製機器人在導軌上（shàng）回零點，然後去取料等待點，等待放料台的物料到達位置信號後，機器人到達取料點，機器人取料，取料後等待數控機床 #1 自動開（kāi）啟機（jī）床（chuáng）門，張開機（jī）床液壓（yā）卡盤，機（jī）器（qì）人放料進入卡盤，卡盤自（zì）動夾緊，機器人鬆開物料並撤出機床範圍，機床門關閉，機床啟動自（zì）動加工，機器人等待（dài）自動加（jiā）工完成，機床加工完成後機（jī）床門（mén）自動打開，機器人進入機床裏麵夾住半成品工件，機床卡盤鬆開，機器人帶著物料撤出機床範圍，PLC 控製機器人運行到機床 #2 放料（liào）處，等待 2 號機床打開機床門，重（chóng）複以上 1 號機床的所實施的動（dòng）作，最後把加（jiā）工完成的工件通（tōng）過碼（mǎ）垛方式擺放好工件。

3、數控車床改造

本例中數控車床沒有液壓控（kòng）製開關門裝置，需要加裝液壓（yā）置，控製機床的門開關功能。由於機床要與機器（qì）人進行通（tōng）信，需要從機器人（rén）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（jī）床的停止等功能。要對機（jī）床進行（háng）接（jiē）線改（gǎi）造，具體的接線參考表（biǎo） 1 所示。

4、 PLC 控製機器人在導軌上運（yùn）行

由於兩台數控機床尺寸較大，機器人在固定位置難以服務於兩（liǎng）台機（jī）床的上下（xià）料，需（xū）要添加導軌，通過 PLC 控製機器人在導軌上運行，以達到（dào）服務於兩台機床的目的。

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

如圖 1 所示，PLC 控製（zhì）機器人運動（dòng），開始時候，位機器人在任意位置 A 點，首先控製機器人返回導軌原點（diǎn），接著機器去到（dào）取料等待點位置等待取料，物料準備好（hǎo）後，發出信號，機器人（rén）去到取料點進行取料並等待機床 #1 打開（kāi）機床門放料進入機床，放

好物（wù）料後等待機床 #1 加工完（wán）成（chéng），機器人取出（chū）機床半成品，去到D 點機床 2# 放料點，完成一個加（jiā）工周（zhōu）期。

編輯以（yǐ）上（shàng）動作（zuò）的 PLC 控（kòng）製程序（xù），需要用到 FX1N 係列 PLC編程，使用 FX1N 的簡易定位控製指令（lìng）來實現。本文用到簡易定位控製指令中的原點回歸 FNC156 （ZRN）、絕對位置控製FNC158(DRVA)兩種。

圖 1 PLC 控製機器人運動的位置圖

4.1 原點回歸指令 ZRN。當可編程控製器斷電時會消失，因（yīn）此上電時和初始運行時，必須執行（háng）原點回歸，將機械動作的原點（diǎn）位（wèi）置的數據事（shì）先寫（xiě）入。

① S1 : 指定原（yuán）點回歸開始（shǐ）的速（sù）度。② S2 :爬行速度。③S3 ：指定近點信號（hào）輸入。④ D：指定有脈衝輸出的 Y 編號（僅限於 Y000 或 Y001）。

4.2 絕對位置控（kòng）製指令 DRVA 。以絕（jué）對（duì）驅動方式（shì）執行（háng）單速位置控製的指令。

① S1：輸出脈衝數。② S2:輸出脈衝頻率。③D1 ：脈衝（chōng）輸出地址，指令僅能用於 Y000、Y001。④D2 ：旋轉方向信（xìn）號輸出地（dì）址。

根據以上分析與指令應（yīng）用，PLC 控製程序編寫（xiě）（截取部（bù）分程序）如圖 2：程序中 X005 是機器人急停按鈕，X001 為導軌急停按鈕。第 8 行為返回零點，第 31 行為去取料（liào）等（děng）待點。

圖 2 PLC 控製（zhì）機器人導軌運行程序

5 、機器人編程

5.1 DI 與 DO 信號設置

為了後麵程序的編輯，首先（xiān）要設置好 I/O 通信。本例使用的機器人自帶 ABB 標準 I/O 板 DSQC652，有 16 個（gè）數字信號（hào）輸出接口與 16 個數字信號輸入接口。具體接線參考機器人輸入信號 DI 與輸出信號 DO 與地址分布表 1，其中輸入信號端口（kǒu） 14、15、16 接入到 PLC 的輸出端（duān）口，輸出端口 7 接入到 PLC 的輸入端口，以控製機器人在導軌上的運行。在示教器上設置輸入（rù）輸出信號（hào）時候，可（kě）根據表 1 所示接好的（de）線設（shè）置從 DI1-DI16 的輸入信號與 DO1-DO12 的輸出信號。

5.2 程序編寫

為了便（biàn）於對程序的管理與調試，可把（bǎ）程序分成幾個例行程（chéng）序。分別為主程序，夾取物料程序（xù），物料（liào）裝夾到機床程序，機床運行加工（gōng）程序，工件放置程（chéng）序（xù），中（zhōng）斷程序。其中中斷程序主要用來應對緊急情況（kuàng）的（de）處理，一旦出現程序（xù）錯誤或者信號異常情況，機器人馬（mǎ）上跳轉到中斷程序裏，作（zuò）出相應的緊急處理（lǐ），以確（què）保生產的安全。

5.3 機器人坐標點選取

上料台與下料台的物料與產品成品（pǐn）都需要規則排列。上料時候機器人可分別對各物（wù）料的位置進行定位抓取，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樣方式進行放置成品。機器（qì）人工作時候需要找到合適的（de）坐標點，坐標點（diǎn）選取直接影響到上料的精（jīng）確度與產品加工的精度，同時也要避免機器人與機床的碰撞。

通過上述步驟（zhòu），在示（shì）教器把程序編（biān）輯（jí）完成後，要先運行調試，檢（jiǎn）測程序運行情況，是否達到預期效（xiào）果，調試完（wán）後方（fāng）可以投入到真正的加工生產中去。

結束語

本文以如（rú）何構建數控機床加工與機器人組成的生（shēng）產線為例，探討生產線的組建與在生產中（zhōng）機（jī）器人編程的技巧（qiǎo）。實現了數控加工（gōng）智能化，使得數控（kòng）加工變得簡單而不再勞累。提高了數控（kòng）加工的安全性與產品的質量，也提高了生產效率，降（jiàng）低了加工成本。

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