基于FANUC數控系統的智能制造單元設計

陸雄

湖南三一工業職業技術學院 湖南長沙 410129

1 序言

本文選用三一汽車起重機械有限公司現有的一臺NBP-1000A友嘉立式加工中心和一臺ABB工業機器人，構造成一個基本的智能制造單元，運用工業機器人完成工件的上料、下料及搬運工作。所有控制流程，在FANUC數控系統通過編程來實現。

2 智能制造單元的基本組成

NBP-1000A型加工中心是一臺三軸控制數控機床，采用FANUC 0iMD數控系統，配備機械手自動換刀裝置，盤式刀庫容量為22把。在加工中心工作臺上配置氣動精密平口鉗，用于工件的裝夾。選用型號為IRB2400的ABB工業機器人，其承重能力10kg。機器人側配備有工件裝夾手爪，具有夾緊、松開、有無料檢測功能。料架上設有毛坯位和成品位兩個倉位，每個倉位設置有傳感器和狀態指示燈，傳感器用于檢測該位置是否有工件，狀態指示燈分別用不同的顏色指示工作狀態。設備平面布置如圖1所示。

圖1 設備平面布置

3 程序設計

整個加工過程是由數控系統通過編寫程序來實現的。自動上、下料的全過程是由加工中心與機器人之間通過上、下料宏程序相互配合來完成的。上、下料動作，毛坯及成品的搬運都由機器人完成。平口鉗、機床門及機器人手爪動作都是由數控系統PMC程序控制。平口鉗的裝料位置由加工中心X、Y軸，通過數控系統與數控機床PMC的G代碼實現信息交換。

3.1 工作流程

程序設計之前，首先要將各部件的工作流程弄清楚，才能設計出完好的程序。上料是由工業機器人從料架的毛坯位置搬運毛坯到數控機床中，加工前將毛坯裝到平口鉗中。加工完成后，將成品從平口鉗上卸下，送至料架成品位置。上料工作流程如圖2所示。

圖2 上料工作流程

下料是由工業機器人將加工好的成品從數控機床上搬運到料架成品位置，下料工作流程如圖3所示。

圖3 下料工作流程

3.2 上、下料宏程序的編寫

（1）M代碼定義 上、下料各環節的控制采用輔助功能M指令來實現，M50、M51通過宏程序來完成，M52～M57各指令需要在數控系統中編寫相應的PMC程序，M指令設置見表1。

表1 M指令設置

（2）接口信號變量定義 上、下料宏程序采用了接口信號變量，定義見表2。接口輸入信號變量在宏程序中“讀取”系統輸入信號的狀態，從而在程序中直接獲得相應的檢測信號，#1008～#1010為接口輸入信號變量。接口輸出信號變量在宏程序中“改變”系統輸出信號狀態，#1108～#1109為報警輸出信號變量，#1110～#1113輸出信號變量控制數控機床的執行元件向機器人發出工作指令。

表2 接口信號變量定義

（3）系統參數設定 要通過M50、M51指令在數控程序中調用宏程序， 必須對相關參數進行設定。設定P1195=1，使用M代碼調用宏程序；設定P6075=50，使用M50調用O9005宏程序；設定P6076=51，使用M51調用O9006宏程序。

上料宏程序設計如下。

O9005; M50調用上料宏程序O9005

N10IF[#1008NE1]GOTO30; 判斷平口鉗上是否有工件

N20#1108＝1GOTO140; 平口鉗有料報警信息

N30 IF[#1009EQ1]GOTO50; 判斷料架是否有毛坯

N40#1109＝1 GOTO140; 料架缺料報警信息

N50 G91G30P2X0Y0; 回第二原點，工作臺移動到裝卸料位置

N60#1110＝1; 機器人移動到料架毛坯位置

N70M57; 機器人手爪夾緊指令，抓取毛坯

N80#1111＝1; 機器人移動到平口鉗裝卸料位置

N90M55; 平口鉗夾緊指令，夾緊毛坯

N100M56; 機器人手爪打開指令

N110#1113＝1; 機器人回到初始位置

N120M53; 關閉機床門

N130G90; 絕對編程

N140M99; 返回主程序

下料宏程序設計如下。

O9006; M51調用下料宏程序O9006

N10IF[#1010NE1]GOTO30; 判斷料架是否有成品

N20#1109＝1 GOTO110; 有成品報警信息

N30 G91G30P2X0Y0; 回第二原點，工作臺移動到裝卸料位置

N40#1111＝1; 機器人移動到平口鉗裝卸料位置

N50M54; 平口鉗打開指令

N60M57; 機器人手爪夾緊指令，抓取成品

N70#1112＝1; 機器人移動到料架成品位置

N80M56; 機器人手爪打開指令，釋放成品

N190#1113＝1; 機器人回到初始位置

N100G90; 絕對編程

N110M99; 返回主程序

4 結束語

通過對智能制造單元工業機器人自動上、下料工作過程的分析和研究，運用FANUC數控系統編寫上、下料程序，不僅提升了數控機床的智能化水平，滿足了生產車間智能化制造的需求，而且減少了工人的勞動強度，提高了生產效率。通過進一步研究，可以考慮將一臺工業機器人與多臺數控機床配合，實現自動上、下料功能，提高工業機器人的利用率，更大范圍地提升工廠的智能化生產水平。