ABB工業(yè)機(jī)器人在數(shù)控加工中的應(yīng)用

呂震宇 張瓚

摘 要：本文利用一臺(tái)ABB IRB1410型工業(yè)機(jī)器人與一臺(tái)FANUC數(shù)控加工中心進(jìn)行聯(lián)接，根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和加工要求，通過(guò)編程調(diào)試，利用氣動(dòng)手爪抓取零件托盤(pán)上的毛坯，放入數(shù)控加工中心工作臺(tái)上的氣動(dòng)卡盤(pán)中，數(shù)控加工結(jié)束后，工業(yè)機(jī)器人將零件取出，放到托盤(pán)的原來(lái)位置，再抓取下一個(gè)零件放入氣動(dòng)卡盤(pán)，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控加工中心配合下的自動(dòng)上下料，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；數(shù)控加工；上下料

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.009

0 引言

數(shù)控機(jī)床作為機(jī)械加工的一種核心設(shè)備，在機(jī)械零部件切削加工中發(fā)揮著重要的作用。但是長(zhǎng)期以來(lái)，數(shù)控機(jī)床僅是作為獨(dú)立的單機(jī)投入到生產(chǎn)中。隨著科技的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人在各個(gè)領(lǐng)域的投入應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床逐漸成為制造系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)和節(jié)點(diǎn)[1]。

工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用，對(duì)生產(chǎn)的自動(dòng)化水平、生產(chǎn)效率都起到了提高作用，而且使工人的操作環(huán)境得到改善，人力成本也有了降低，最重要的是改善了產(chǎn)品的質(zhì)量，提高產(chǎn)品的附加值[2]。現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品正在逐步向個(gè)性化、定制化和小批量化發(fā)展，尤其是產(chǎn)品周期不斷縮短，更新越來(lái)越快，而品種越來(lái)越多，以往的剛性自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備、流水線或者專機(jī)己經(jīng)很難滿足如此多變和復(fù)雜的產(chǎn)品需求，工業(yè)機(jī)器人的柔性化恰好是解決這一矛盾的最佳解決方案之一[3]。

1 總體方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)方案在一臺(tái)新浙NMC-50V型數(shù)控加工中心防護(hù)門(mén)前安裝一臺(tái)ABB IRB1410型工業(yè)機(jī)器人，機(jī)器人固定安裝；在工業(yè)機(jī)器人前端安裝氣動(dòng)滑臺(tái)，在滑臺(tái)上安裝上料托盤(pán)；工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控加工中心和氣動(dòng)滑臺(tái)進(jìn)行通信聯(lián)接。

工作時(shí)，機(jī)器人復(fù)位，上料托盤(pán)回到初始位置，在上料托盤(pán)規(guī)定位置擺放好零件毛坯后，按啟動(dòng)按鈕，上料托盤(pán)在氣動(dòng)滑臺(tái)的帶動(dòng)下移動(dòng)到工作位置。機(jī)器人從上料托盤(pán)的1號(hào)位置抓取毛坯，放入機(jī)床工作臺(tái)上的氣動(dòng)卡盤(pán)中，氣動(dòng)卡盤(pán)夾緊工件，機(jī)器人從機(jī)床內(nèi)部移出，關(guān)閉機(jī)床安全門(mén)，機(jī)床運(yùn)行數(shù)控程序，開(kāi)始加工。加工結(jié)束后，打開(kāi)機(jī)床安全門(mén)，機(jī)器人進(jìn)入機(jī)床，氣動(dòng)卡盤(pán)松開(kāi)，機(jī)器人手爪抓取氣動(dòng)卡盤(pán)上加工完成的工件，移出機(jī)床，放回到上料托盤(pán)的1號(hào)位置。隨后，機(jī)器人手爪移動(dòng)到上料托盤(pán)的2號(hào)位置，抓取毛坯進(jìn)行加工，重復(fù)以上步驟，直至上料托盤(pán)中16個(gè)毛坯全部加工完成，氣動(dòng)滑臺(tái)推動(dòng)上料托盤(pán)返回初始位置，將加工好的工件取下，放上新的毛坯，繼續(xù)加工。機(jī)床上下料機(jī)器人系統(tǒng)工作流程圖見(jiàn)圖1。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。氣動(dòng)滑臺(tái)設(shè)計(jì)。氣動(dòng)滑臺(tái)一端連接料倉(cāng)，一端連接工業(yè)機(jī)器人，滑臺(tái)上放置上料托盤(pán)，上料托盤(pán)可由氣缸帶動(dòng)，在滑臺(tái)上往復(fù)移動(dòng)，托盤(pán)上根據(jù)毛坯形狀設(shè)置有定位凹槽。上料托盤(pán)的工作位置應(yīng)確保在工業(yè)機(jī)器人工作范圍之內(nèi)，保證機(jī)器人手爪能夠抓取托盤(pán)上所有位置的工件。

手爪的設(shè)計(jì)。在工業(yè)機(jī)器人第六軸末端安裝平行氣動(dòng)手爪，手指內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)成V型槽結(jié)構(gòu)，便于抓取圓柱狀工件，并在手指內(nèi)側(cè)貼有膠皮，增大摩擦力，保證抓取工件的牢固。

安全門(mén)設(shè)計(jì)。為了減少改造成本，沒(méi)有對(duì)數(shù)控加工中心的安全門(mén)進(jìn)行自動(dòng)化氣動(dòng)改造。而是通過(guò)機(jī)器人軌跡編程，利用機(jī)器人手爪推動(dòng)安全門(mén)上的把手，實(shí)現(xiàn)安全門(mén)的關(guān)閉和打開(kāi)。

夾具設(shè)計(jì)。將數(shù)控加工中心的平口鉗更換為氣動(dòng)卡盤(pán)，氣缸的控制下實(shí)現(xiàn)夾具的自動(dòng)夾緊和松開(kāi)。

（2）氣路設(shè)計(jì)。整個(gè)設(shè)計(jì)方案中，共設(shè)計(jì)3個(gè)氣路，分別聯(lián)接3個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣缸。1個(gè)聯(lián)接氣動(dòng)滑臺(tái)氣缸，1個(gè)聯(lián)接機(jī)器人氣動(dòng)手爪氣缸，1個(gè)聯(lián)接數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)氣動(dòng)卡盤(pán)氣缸。

3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

本方案設(shè)計(jì)了一個(gè)程序模塊，為了程序條例清晰，容易識(shí)讀和更改，在程序模塊中新建了13個(gè)例行程序。例行程序名稱和功能見(jiàn)表1。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)增加氣動(dòng)滑臺(tái)，更換數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)氣動(dòng)卡盤(pán)，將ABB IRB1410型工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床相聯(lián)接，利用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)上下料，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床全自動(dòng)加工生產(chǎn)，大幅提高了生產(chǎn)效率，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。本方案還可以進(jìn)一步推廣應(yīng)用到其他相關(guān)機(jī)床設(shè)備的技術(shù)升級(jí)和改造。

參考文獻(xiàn)：

[1]阮廣東，呂新明，何彥虎.基于ABB工業(yè)機(jī)器人上下料的FANUC數(shù)控加工中心改造關(guān)鍵技術(shù)[J].山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2018（02）：36-40.

[2]周永志，王義.工業(yè)機(jī)器人在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用[J].金屬加工（冷加工），2012（12）：28.

[3]梁殿勝，江文明.工業(yè)機(jī)器人在機(jī)床上下料和零部件搬運(yùn)中的應(yīng)用[J].機(jī)電信息，2014（27）：47-49.

項(xiàng)目來(lái)源：山東職業(yè)學(xué)院院級(jí)科研課題資助項(xiàng)目

項(xiàng)目名稱：工業(yè)機(jī)器人在數(shù)控加工中的應(yīng)用研究

作者簡(jiǎn)介：呂震宇（1982-），男，山東濟(jì)南人，碩士研究生，講師，研究方向：機(jī)械制造。