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摘要：如今，随着数控机床的普及，加工效率的不断提升，更多制造厂家都将自动上下料的方式引入到实际生产中。加工产品的多样化和快速替换，使得常规自动化上下料方式无法满足需求，因而更多厂家开始将目光投入到工业机器人的应用上来。目前的机器人自动上下料已经成为一种发展趋势，基于此，本文研究主要以一台工业机器人为多台机床自动上下料，分别采用西门子和三菱控制两个气动手爪来模拟粗、精加工机床。工业机器人给两个气动手爪自动上下料，一个气爪模拟粗加工机床，另一个模拟精加工机床，从而实现系统连贯自动上下料。。
关键词：数控机床；机器人；上下料系统；结构设计；PLC
1工业机器人概述
随着工业4.0时代的到来，我国的工业水平也在逐步的提升，但是距国外还是有很大的差距，工业自动化已经成为势不可挡的趋势，很多工厂已经出现了无人车间，只需要少量的人力就可以做很多的工作。我国制造业如果要寻求突破，必须要发展工业机器人技术。机器人的智能化，给工业带来新的动力。很多企业会根据各自的发展需求和加工设备的规模，来自主选择工业机器人自动上下料柔性加工生产线，这不仅满足了企业的基本生产需求，也保证了企业的经济效益。
工业机器人是机械和控制一体化的集成设备，囊括了计算机学、机械电子、自动化控制、传感器、人工智能等多项科学领域。建立完整的工业机器人自动上下料的生产线，可以完美地解决许多生产线上因工件装载劳动强度大，生产效率低，风险高的问题而带来的生产停滞不前。同时提高了生产效率，降低了人工成本，从而达到降低整个生产成本。自动化生产线发展成柔性制造系统适应了现代自动化生产的工业需求。根据不同的生产工艺，利用工业机器人技术，实现工业机器人与机床的对接，替代繁重的人力劳动是未来发展的必然趋势。
2机器人上下料系统结构研究
2.1系统硬件结构
本文研究的硬件结构主要由以下几部分：（1）RT03 工业机器人它是陕西诺贝特生产的六轴多自由度工业机器人，承重 3 公斤。（2）采用西门子 S7-200 模拟粗加工机床控制部分。（3）采用三菱 FX2N-32MT 模拟精加工机床控制部分。（4）矩阵式储料器。（5）气动手爪控制系统。工业机器人给两个气动手爪自动上下料，西门子 PLC 控制气爪为粗加工，三菱 PLC 控制气爪为精加工。
2.2 RT03机器人系统构成
RT03工业机器人可广泛应用于搬运、装配、焊接等工业领域。该工业机器人采用串联结构，各关节的运动均由交流伺服电机驱动高刚度精密减速机实现，关键功能部件采用原装进口产品，确保了机器人长期运行状况下高的精度保持性。RT03工业机器人在小臂后端设有外部设备接口，便于用户末端执行器选配时应用。控制系统采用基于PC的控制平台，可实现精密的轨迹控制，丰富的功能可使其应用于多种工业场合；预留的电气接口便于系统的扩展，可根据工业现场需要进行外部轴及I/O接口的扩展。RT03工业机器人提供人机交互友好的示教盒单元，用户界面简洁大方，控制按键功能齐全,是小型六轴在线/示教型工业机器人，最大可抓举3公斤重工件。
如图1所示，机器人的标准配置如下：1)机器人本体；2)电气控制柜；3)手控盒；4)设备连接电缆。
图1机器人系统基本构成
2.3 RT03工业机器人工作原理
工业机器人可以模仿人手，有多个关节，自由的移动。当然机器人可以做成人的模样，这方面，日本处于领先水平。随着工业机器人技术的不断进步，工业机器人的关节可以做的更多，甚至达到二三十个。一般而言，机器人有三部分组成，硬件主体、控制系统、驱动设备，可以自主执行既定工作。根据上料下料的工艺流程需要，我们将RT03工业机器人的末端执行器安装两个气动手爪，分别定义为爪A和爪B，其中每个手爪的最大抓取重量为三公斤，机器人系统示意图如图2所示。
图2机器人系统示意图
由图2可知，手控盒与工控机相连，建立通讯硬件，手操盒上的一些操作都会通过电信号传递给工控机，机器人的一些运行参数也会通过工控机输出给手操盒。工控机对于机器人而言实际上相当于计算机的主机，处理一些运动指令和机器人的位置信息。得到关节的点位信息并传送到伺服驱动器，与此同时，也接受伺服驱动器的反馈信号；伺服驱动器系统得到点位信息，驱动电机，运动到指定的点位。各元器件之间的信息与传递，保证了工业机器人是一个完整的个体。相互协同作用，以达到工业机器人精确定位和运行。
2.4 PLC系统的开发
2.4.1工作原理
PLC是逻辑可编程控制器的英文缩写，是将编制好的程序存储在内部存储器中，可以按照程序来执行顺序控制、定时、运算等指令。随着技术的发展，PLC已被设计成完全微机化的工业产品。其主要优点有：控制功能强大、可靠性高；软硬件齐全，更利于用户自己学习，在有干扰的生产车间，也能安全自主的运行。其结构小适应能力强，系统编程比较简单，对新手来说比较容易上手，梯形图直观方便，为后续的调试提供了便利。
2.4.2 PLC系统实现的功能
（1）机床上信号控制。粗加工、精加工机床手爪是否夹紧/松开到位，都将通过传感器将信号送到PLC。这些信号经过PLC的处理，再输出给控制部分。
（2）输出信号控制。粗加工机床或者精加工机床PLC的输出信号经过继电器转换，达到控制电磁阀，电机的运转，指示灯的亮起。
（3）报警处理控制。机器人检测电气柜、手操盒、伺服驱动系统等的故障信号，一旦发现有任何故障，就会触发报警指示灯。
2.5手爪及气动控制
机器人末端执行器是两个手爪，分别为爪 A、爪 B，储料台为矩阵型，上电开机，爪 A 从储料台取料，然后机器人运动到粗加工机床外等待点，一旦收到粗加工机床加工完成信号（粗加工夹具松开，粗加工机床停止加工），运动到粗加工机床正上方一定位置，判断粗加工机床上是否有工件，如果粗加工机床上没有工件，工业机器人运动到机床卡盘上方，爪 A 上料，如果粗加工机床上有工件，则上升到安全位置旋转爪 B，然后机器人下降到粗加工机床，爪 B 抓取粗加工完成的工件，然后上升到指定位置，旋转爪 A。然后工业机器人下降到粗加工机床，松开爪 A 在粗加工机床卡盘放毛坯料，机器人退到安全位置，粗加工机床开始加工。机器人运动到精加工机床外等待点，一旦收到精加工机床加工完成信号（精加工夹具松开，精加工机床停止加工），运动到精加工机床正上方一定位置，判断精加工机床上是否有工件，如果精加工机床上没有工件，则机器人下降，松爪 B 放料，如果精加工机床上有工件，则旋转爪 A，机器人下降到精加工机床，抓取精加工完成的工件，然后上升到指定位置，旋转爪 B。工业机器人下降到精加工机床，松爪 B 放粗加工工件，机器人退到安全位置，精加工机床开始加工。机器人运动到储料台，爪 A 将精加工完成的工件放在储料台，然后爪 A 抓取下一个毛坯料，到粗加工机床等待位置。
参考文献
[1]刘宇斐,周清华.数控机床上下料用工业机器人的手爪设计[J].机电信息,2014,12:121-122.
[2]何敏佳,江文明,黄江.一种适用于数控机床上下料的工业机器人[J].机电工程技术,2015,08:45-48.
论文作者:王伟1,李国学2,吴瑕3
论文发表刊物:《电力设备》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/19
标签：机器人论文; 机床论文; 粗加工论文; 工业论文; 加工论文; 工件论文; 系统论文; 《电力设备》2017年第13期论文;