數(shù)控機(jī)床加裝上下料機(jī)器人改造

■ 南通機(jī)床公司 （江蘇 226011） 虞海靜■ 南通富來威農(nóng)業(yè)裝備有限公司 （江蘇 226009） 樊杰偉

數(shù)控機(jī)床加裝上下料機(jī)器人改造

■ 南通機(jī)床公司 （江蘇 226011） 虞海靜
■ 南通富來威農(nóng)業(yè)裝備有限公司 （江蘇 226009） 樊杰偉

本文介紹了一臺數(shù)控機(jī)床加裝上、下料機(jī)器人的應(yīng)用實(shí)例，在文中著意描寫了在此次改造中對現(xiàn)場遇到的一些實(shí)際問題的解決思路及方法，如人工、機(jī)器人模式的切換，相關(guān)提高工效和安全性方面的改進(jìn)等。

南通機(jī)床公司一臺VM600加工中心出于提高工效和降低員工勞動強(qiáng)度的需要，加裝了一臺能自動完成上、下料工作的機(jī)器人。當(dāng)機(jī)器人完成上料后，防護(hù)門關(guān)閉，工件自動裝夾，加工完成后，工裝放松，防護(hù)門打開，再由機(jī)器人卸料。

1. 硬件要求

此次改造中，我們新增了能實(shí)現(xiàn)自動裝夾的氣動工裝，自動打開和關(guān)閉的氣動防護(hù)門等，并通過PLC輸入、輸出接口，與機(jī)器人完成工作狀態(tài)的應(yīng)答。為了實(shí)現(xiàn)動作的精確及安全，對硬件的配置有如下要求：

（1）氣動工裝，設(shè)有夾具夾緊及放松到位檢測開關(guān)。

（2）氣動防護(hù)門，設(shè)有開門及關(guān)門到位檢測開關(guān)。

（3）控制工裝及防護(hù)門動作的電磁閥為兩位雙電控電磁閥。

2. 工作邏輯框圖

機(jī)床和機(jī)器人共同完成抓料、加工和卸料的控制過程流程如圖1所示。

圖 1

3. 發(fā)現(xiàn)問題與改進(jìn)

（1）從圖1可以看出機(jī)床防護(hù)門的打開是在全部加工結(jié)束以后，防護(hù)門的關(guān)閉也要機(jī)床與機(jī)器人交互應(yīng)答之后才能發(fā)出關(guān)閉指令，通過實(shí)際測試，這兩項(xiàng)時(shí)間總計(jì)有4s左右，假如能巧妙地利用好切削前的準(zhǔn)備時(shí)間和切削后的各軸復(fù)位移動時(shí)間，就能最大限度地壓縮這4s左右的非切削時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)我們的工效目標(biāo)。

通過攻關(guān)，我們發(fā)現(xiàn)最好的解決辦法就是在加工過程快結(jié)束時(shí)，由機(jī)器人直接控制開門，又當(dāng)機(jī)器人完成上料工作后，再由機(jī)器人直接控制關(guān)門。經(jīng)此改動后，整體加工時(shí)間壓縮了約3.5s。

（2）考慮到機(jī)器人有時(shí)會存在如保養(yǎng)或故障時(shí)無法工作的情況，而我們又希望機(jī)床能夠不停機(jī)、持續(xù)地加工產(chǎn)品，為此我們在機(jī)床側(cè)加裝了一個(gè)“機(jī)器人模式”與“人工模式”切換旋鈕，當(dāng)處在“人工模式”時(shí)，就同時(shí)將機(jī)器人置為緊停狀態(tài)，這時(shí)防護(hù)門的開、閉由機(jī)床控制。這樣一來，會出現(xiàn)防護(hù)門的開、閉既可以由機(jī)床控制，也可由機(jī)器人控制的情形（實(shí)際上，在正常情況下，如前面所說當(dāng)處于“人工模式”時(shí)，機(jī)器人被置為緊停狀態(tài)，機(jī)器人是不會發(fā)出開、閉門指令的），僅出于安全上考慮，控制機(jī)床防護(hù)門動作的電磁閥，其電氣動作應(yīng)設(shè)計(jì)成：當(dāng)電磁閥得電時(shí)執(zhí)行動作，當(dāng)動作完成后就失電，即不能讓電磁閥處于長期通電的狀態(tài)。

在進(jìn)行電控設(shè)計(jì)時(shí)，有必要說明一點(diǎn)，由于防護(hù)門的開合既要由機(jī)床來控制，又要由機(jī)器人來控制，且控制命令要以收到門開、門關(guān)到位信號來結(jié)束，而裝在門上的門開、門關(guān)到位檢測開關(guān)各只有一個(gè)，如何供機(jī)床和機(jī)器人兩個(gè)控制單元使用，并且還要保證機(jī)床和機(jī)器人各自24VDC直流電源供電電路的獨(dú)立性？我們設(shè)計(jì)了如圖2～圖4所示的控制電路。

圖 2

圖 3

圖 4

圖 5

機(jī)床上的PLC邏輯如圖5所示。

（3）在使用時(shí)還發(fā)現(xiàn)當(dāng)機(jī)床在執(zhí)行工裝夾緊工件工作有時(shí)會出現(xiàn)誤信號，而機(jī)床和機(jī)器人全然不知，繼續(xù)執(zhí)行加工，從而造成對工裝或刀具的損壞。我們通過仔細(xì)觀察，最終找到了原因——由于其他狀況的出現(xiàn)，機(jī)器人實(shí)際上沒有把待加工的工件放置在工裝上，機(jī)床執(zhí)行工裝夾緊命令時(shí)，工裝上的夾緊缸在推動夾爪移動的過程中，會發(fā)出一個(gè)瞬間的工裝夾緊到位信號，讓機(jī)床和機(jī)器人誤認(rèn)為工裝夾緊動作已經(jīng)完成。

后來將機(jī)床的PLC控制程序改成了機(jī)床在執(zhí)行工裝夾緊命令時(shí)，只有工裝夾緊信號能持續(xù)地發(fā)出一段時(shí)間（如1s），才認(rèn)為工裝夾緊動作正常完成。

20150818）