數控機床上下料智能工作站的設計

王景學 楊學敏

摘 要：數控機床是機械制造行業的主流設備，在工業自動化程度迅猛發展的今天，提高數控機床的工作效率，實現機床上下料的自動化和智能化已經迫在眉睫。通過改裝數控機床自動門、外加PLC作為智能工作站的上位機和采用觸摸屏監控等形式，完成數控機床上下料智能工作站的設計，不僅能夠提高工作效率，而且能夠很好地監控數控機床的運行狀態。

關鍵詞：數控機床；上下料；智能工作站

中圖分類號：TB 文獻標識碼：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.36.092

1 引言

在國家《中國制造2025》的宏偉藍圖下，高端數控機床備受生產制造企業的青睞，并且工業機器人亦是如此。因其具有重復定位精度高、可靠性高、生產柔性化及自動化程度高等無可比擬的優勢，已經作為智能化自動搬運系統特別是數控加工設備的重要生產搬運環節而廣泛應用。

新時代，在自治區第十三個五年規劃精神的指導下，面對國家經濟建設飛速發展的新形勢，如何緊隨發展形勢，提高數控車床的生產能力、生產力水平，實現智能化控制、管理，是一個急需解決的問題。學院現擁有凱達CDCK-20A型全功能數控車和華數HSR-JR612六自由度機器人共11臺，設計用工業機器人給數控機床上下料的智能工作站，并且采用觸摸屏控制、管理工作站的生產運行，這對學生充分操作、使用、維護機器人、數控機床，促進學院教育教學水平的提高、拓展社會服務能力、發揮創新能力等都有著極為重要的意義。

2 項目方案設計

2.1 改裝數控車床為自動門

凱達CDCK-20A型全功能數控車因其可以實現多軸聯動、加工復雜零件和加工精度高的特點，廣泛應用在我院的教育教學和生產中。但凱達數控車的機床門為手動控制，這在數控機床上下料智能工作站的設計中無法實現自動上下料，因此需要改裝機床門。本項目研究小組經企業調研、實地考察和試驗等方式，最終確定了給機床門安裝減速電機的方式，完成機床門自動開關的硬件改造。

2.2 確定智能工作站的上位機

本項目設計的智能工作站是要將數控機床、工業機器人統一控制和管理。在數控機床和工業機器人系統復位完成后，觸摸屏通過上位機控制工業機器人抓取工件、機床門開啟、機床液壓卡盤松開、機器人送料、機床門關閉、機床開始加工等動作，并且在工業機器人和數控機床工作過程中的狀態將實時地反映在觸摸屏上。基于以上考慮，本次設計選擇西門子S7-200 CPU226CN AC/DC/RLY型PLC作為上位機，采用昆侖通態TCP7062KS系列觸摸屏作為人機交互設備，實現設備運行監控、設備狀態信息顯示、設備整體聯機控制及單機調試、設備安全保護等任務。

2.3 智能工作站工作流程設計

在確定采用西門子S7-200 CPU226CN AC/DC/RLY型PLC作為智能工作站的上位機和昆侖通態TCP7062KS系列觸摸屏作為人機交互設備后，設計智能工作站的工作流程如圖1所示。

3 項目實施

3.1 凱達CDCK-20A型全功能數控車床防護門系統的改裝

數控機床上下料智能工作站在自動工作的過程中要求數控機床的門能夠在工業機器人取料完成，準備上料時及時開啟，在工業機器人下料完成移出數控機床、數控機床開始加工之前及時關閉，并且控制動作要迅速，反應要快、維護簡單，使用壽命長，可靠性高。因此，本項目在數控車床的防護門上安裝一臺減速電機，為了防止減速電機超行程工作，在數控車床門的中間和兩側，分別安裝了限位開關，用I0.6和I0.7作為PLC的輸入信號，Q0.4和Q0.5作為控制機床門開啟和關閉的給減速電機的信號。

3.2 智能工作站上位機信號處理

本項目設計選擇西門子S7-200 CPU226CN AC/DC/RLY型PLC作為上位機，控制工業機器人給數控機床完成上下料。因此需要將機床和機器人復位完成、機床門、卡盤等信號給到智能工作站的上位機。智能工作站上位機I/O分配表如表1所示，電氣原理圖如圖2所示。

3.3 智能工作站觸摸屏組態

數控機床上下料智能工作站采用昆侖通態TCP7062KS系列觸摸屏作為人機交互設備。通過組態觸摸屏畫面實現智能工作站的機器人、數控機床的運行狀態的實時監控和工作狀態的切換，并且為了防止誤操作，給觸摸屏添加了登錄界面，觸摸屏監控數控機床和機器人狀態界面如圖3所示。

4 存在的問題及解決措施

4.1 存在的問題

（1）數控機床采用CNC控制，并且在出廠時，部分程序實行了加密處理，因此在控制中無法調用信號；

（2）項目采用外加PLC作為智能工作站控制的上位機的方式，但整體還是采用了硬件I/O通訊的方式，影響了系統部分功能的實現。

4.2 解決措施

在本項目繼續研究的過程中，可以嘗試應用工業交換機加PROFIBUS總線通訊方式解決上述問題。

5 結束語

研究將數控機床和工業機器人統一控制的智能工作站，不僅可以提高數控機床的工作效率，而且通過組態觸摸屏畫面，用戶可以實時監控數控機床和工業機器人的運行狀態。

參考文獻

[1]鄭澤鈿，陳銀清，林文強等.工業機器人上下料技術及數控車床加工技術組合應用研究[J].組合機床與自動化加工技術，2013，（7）：105-109.

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