基于機器人的新型機床上下料設備

張朝暉

摘要：本文提出一種新型機床上下料和劣品自動剔除技術，對工件的生產環節和優劣產品的自動篩選做了系統的介紹，設計了機器人與PLC相結合的自動上下料機械結構和優劣產品自動分離的技術，詳細描述了該系統的控制過程，從而證明了該設計具有判別準確、生產運行穩定、工作節拍可調、維護方便等優點。

關鍵詞：機器人;聯動;控制

中圖分類號：TP391.76 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）06-0010-02

0 引言

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[1]。機械制造業的工作在高污染、高溫或外部環境惡劣的領域，工業機器人的超強適應性得到了充分的體現，其模塊化的結構設計、靈活的控制系統、專用的應用軟件能夠滿足制造行業整個自動化應用領域的最新要求[2]。

1 設計目的及方案

零件的加工裝配過程中，其供給上料、下料及搬運等工序所占時間約為全部工時的2/3以上，費用約占全部費用的1/3，而且由于工作人員的疏忽導致操作失誤，絕大部分事故都發生在這些工序中[3]。當配備了自動上下料裝置后，機床在完成一個加工循環后自動裝卸工件，整個加工能連續完成，杜絕安全隱患，實現全自動加工，提高生產效率，降低工人勞動強度，提高產品質量。

本設計方案為聯線自動化設備，該設計主要分為四個單元，包括機器人單元、PLC單元、檢測單元。機器人單元用來接收抓取工位、數控機床卡盤狀態、安全門等狀態信號，通過輸出接口執行不同的動作;PLC用來保證兩個機器人在整個流水線上能夠聯動工作;檢測單元是機床上下料設備中保證產品質量的重要環節，主要用來剔除不良的工件，從而確保產品的優良性。上位機對設備的運行狀態、工件完成數量等進行監測[4]。

2 整體設計

2.1 工作流程設計

基于機器人的新型機床上下料設備的工藝流程設計是根據工件的實際情況，工作流程如圖1所示。首先工人把待加工的毛坯工件放到傳送帶上，隨傳送帶一起向前運動，當光電開關A檢測到物件時，氣桿B動作，將毛坯推向傳送帶邊側的斜槽C1處，這時，傳送帶和機器人OP10同時接收到信號，傳送帶停止運動，機器人開始動作安全門打開，OP10上料機器人抓料，機器人雙抓手形式可實現上料和下料同時進行，先把OP10機床加工完成半成品工件抓下，再同時把毛坯料放入數控加工機床1工位卡盤處，安全門關閉，當機器人把毛坯抓走時，傳送帶接著運動。數控機床工位卡盤的狀態由OP10機器人的運動情況反饋進行控制，當抓手處于抓取毛坯工件時卡盤是處在松開狀態，當抓手處于松開狀態時卡盤是壓緊工件狀態。機器人OP10把數控機床1加工好的毛坯半成品放到傳送帶上，當光電開關a檢測到毛坯半成品時，氣桿b動作， 將毛坯半成品推向傳送帶邊側的斜槽C2處，這時，傳送帶和機器人OP20同時接收到信號，傳送帶停止運動，機器人OP20動作安全門打開，先把數控加工車床2加工完的工件抓下，放入產品檢測盤D中，（D盤對產品進行重量、厚度的檢測），然后把毛坯半成品工件放入機床2。傳送帶接著運動，安全門關閉，數控機床2開始工作。這時檢測盤D把對產品質量、高度的采集信息傳遞給PLC，PLC把接收到的信息與預設值進行對比，從而得出執行命令給機器人OP20，如果比對的是良品，OP20機器人把良品放到傳送帶上繼續完成接下來的生產，把不良的產品放入下料框。此流程中機床卡盤和機床安全門全部由機器人控制，數控機床啟動和停止信號接入機器人系統，實現自動交互;工作過程以此類推實現自動循環運行。

2.2 架構設計

本文所講述的運用工業機器人配合PLC所實現的機床新型上下料設備，可以將生產現場所需要的信號直接接入機器人系統和PLC中，從而實現現場信號的互聯互通，進而達到工件生產過程中的安全性、可靠性、快速性，系統的整體設計架構圖如圖2所示。

3 系統設計

3.1 機械結構設計

本文設計的新型機床上下料設備，根據工藝流程要求，設計了圖3所示的機械原理圖， 圖4為機械原理圖的俯視圖。其中圖中的標識a，A為光電開關;標識b，B為推動氣桿;標識C1，C2為斜槽;標識D為檢測單元;標識OP10，OP20為機器人單元;兩個圓為機床放置區域。

本文所設計的機械手上下料設備的機器人采用雙抓手形式如圖5所示，從而實現上料和下料同時進行，優化工作節拍，提高工作效率。

3.2 軟件設計

人機交互系統利用上位機監控軟件，實現工業傳感器檢測的數據處理、信息查詢、故障報警等功能。由組態王設計的畫面如圖6，圖7所示，圖6畫面主要顯示當前的產量狀態、輸送帶狀態以及加工機狀態，以便工廠更直觀的了解到生產效率、不良品比率以及設備當前狀態。圖7畫面主要顯示產品的誤差范圍、安全門狀態以及系統的報警情況。

4 結語

本設計采用的工業機器人具有良好的運行性能和穩定的控制效果，進而實現工件生產過程中的自動上下料，從而大大改善了工廠的生產效率和自動化程度，為工廠減少了大量的人工投入和成本支出，為工廠實現全自動化生產打下了堅實的理論基礎和實踐經驗。

參考文獻

[1] 陸寧，洪榮晶，謝杰.小型齒輪加工單元自動上下料系統的設計與實現[J].組合機床與自動化加工技術，2018（05）：14-17.

[2] 李凡國，王金參，孫玉新，閆思江.數控機床上下料機器人結構設計[J].電子技術與軟件工程，2018（24）：73.

[3] 王祺翔，陳偉，徐申申.智能移動機器人多機臺上下料系統研究[J].制造業自動化，2018，40（04）：96-100.

[4] 龍江，胡丹，梁林.基于機器人的數控機床自動上下料應用系統設計[J].自動化技術與應用，2017，36（10）：49-52.