摘要：数控机床在工业领域的应用范围愈加广泛，对相关环节的机械化、自动化的配合要求也越来越高。深入研究工业机器人的结构组成，对其进行更加科学的设计，进而取代人工作业方式，实现对零部件的上下料工作，能够不断提升数控机床的工作效率，降低人力资源成本，适应社会生产差异化的要求，提高产品质量，提升企业的整体经营效益。做好数控机床上下料机器人的结构设计，具有重要的现实意义。
关键词：数控机床；上下料机器人；结构设计
将上下料机器人的应用与数控机床的生产深度融合在一起，是时下工业生产领域的研究热点问题之一，在市场竞争和科技发展的双重推动作用下，工业机器人的研究水平比较进一步提高，研究领域也将更加宽泛和深入。对上下料机器人的结构设计进行深入研究，并将其与数控机床的生产环节科学的结合在一起，是工业机器人深入研究的重要方向。
1、数控机床上下料机器人系统组成和工作流程设计
1.1 数控机床上下料机器人系统组成设计
在不同的数控机床生产线中，由于生产目的和采用机器人型号的不同，其系统组成部分有着较大的差别，对于系统的结构设计要求也完全不同，本文是从某汽车零部件的数控机床上下料机器人结构设计要点出发，对其设计过程进行简单说明[1]。在本研究中，其系统组成部分主要包括以下内容：两台数控车床、两台数控加工中心、某型号工业机器人及外部轴行走导轨、回转上料机构、取料机构、下料输送线、中转台、对应的控制系统等。
1.2 工作流程设计
本研究中工业机器人的工作流程按照如下设计方案进行：将工业机器人的行走导轨布置在四台数控机床之间，使机器人能够在上下料系统中自由变换位置，分别完成取料、上下料和放料工作。在回转上料机构和取料机构两方面的配合作用下，完成预定的毛坯件自动上料工作。在生产线自动运行过程中，工业机器人能够通过视觉系统的指引，及时准确的完成取料工作，按照系统控制的顺序将料件送往数控机床上完成对应的加工流程，在加工流程作业完成之后，再将零件准确的放置到下料输送线上，从而完成全部的上下料流程。
2、上下料机器人结构设计的重点环节
2.1 回转上料机构设计
在上下料机器人的结构设计中，回转结构的设计有多种方式，在本设计中采用的是在工作台面设置圆周分布的导柱形式，每个导柱的规格是完全相同的，并对应固定一个工位。根据整体运行设计，工作台可以在伺服电机的作用下进行旋转，确保取料机构能够在工位达到预定位置时完成对应的取料工作。在整体取料工作完成之后，就可以暂停上料或者设定为下一环节上料工作的开始，
2.2 取料机构和视觉系统的设计
取料机构的主要作用是配合回转工作台的工作，完成整个取料流程。取料机构的立柱内部装上滚珠丝杆，并在其上方设置取料台。回转工作台上的工位旋转到取料位置之后，就可以沿着滚珠丝杆向下移动的设定的取料高度。在气缸的控制作用下，手指可以沿滚珠丝杆向上作用，把零件从导柱上取出。由于在设计中存在一定的误差，在进行作业过程中必须对机器人的取料位置和间隔时间进行合理的调整和控制，这一程序是基于取料台上方的视觉系统来完成的。视觉系统能够将零件的摆放位置和精确取料位置进行实时比对，在计算出两者之间的偏移量之后，及时将数据传输到机器人的控制中心，从而确保取料动作完成中的精确度，减少位置误差带来的影响。
2.3 数控车床和数控加工中心的控制
目前我国在中端数控机床和数控加工中心的设计和生产上，已经达到了较高的水平，能够满足一般机械设备生产的需要[2]。在本研究过程中所设计的工作站有两台数控机床和两台数控加工中心，两台数控机床能够分别实现工件掉头前和掉头后的加工工作，整台数控车床配置中，液压卡盘、液压尾座、安全门和排屑装置等，均是采用自动化设计，对应的数控加工中心，同样具有需要的自动控制功能，以便适应整体自动化设计的需要。
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2.4 下料输送线的设计
下料输送线的作用是及时将加工好的零部件传输到下一个工位。在输送线的两端分别设计有一个光电传感器，能够及时对放料位置和取料位置的零件摆放状态进行感应，输送线的驱动来源一般是由三相异步电动机和对应的减速装置。在光电传感器感应到零部件被摆放到对应位置时，就会将信号传递到电机的控制程序中，引导电机开始工作，驱动输送链板把工件传到取料的位置，在另一个光电传感器的作用下，控制电机停止工作，同步将信号传递到对应的设备进行取料工作。
2.5 中转台的设计
中转台的设计结构相对比较简单，其主要作用是在上下料机器人工作过程中实现掉头装夹工序的完成，也就是在前一程序的加工动作完成之后，机器人会将工件取出放置在中转台上，再通过自身的移动，夹取工件的另一端，从而开始下一工序。中转台的外部结构是由一台阶型的V型块组成，在设计过程中要根据工件的大小合理设定其规格。
3、手爪的结构设计
上下料机器人的整体结构设计，只是设计出机器人本体的主要结构，要想实现其抓取动作的完成，还需要设计出对应的手爪。手爪的机械结构设计方案的确定是根据抓取物体的形状和材料特点来决定的，同时还要做好必要的气动回路和控制电路的设计。
3.1 手爪的机械结构设计
一般而言，在进行手爪的机械结构设计时，要根据生产节拍的需要，采取双工位或者多工位的设计方式，在不同的位置科学设定气缸和手指的分布。在现代工业机器人的设计过程中，对于夹具的设计已经成为重要的话题，对夹具和夹具位置进行科学设计，能够在尽量减少生产工序的情况下，快速准确的进行装夹更换工作，从而使机器人的工作范围得到扩展，工作效率也能够得的极大的提高。在进行手爪的机械结构设计时，还应当考虑到其内部气体通路的预留，以方便气路连接和信号传递的完成。
3.2 手爪的气路设计
气路设计是确保手爪整体及手指进行夹持动作完成的关键环节，在进行相关内容的设计时，要根据生产的需要合理布置气路的分布，确保不同气路既能够完成各自的控制动作，又能够保持整体协调的动作完成度，避免相互之间出现冲突的现象[3]。气路控制是在电磁阀的作用下完成的，在设计过程中要注意相关设备的规格和运行要求，减少生产过程中存在的隐患，确保手爪动作能够更加精确的完成。
3.3 手爪的电气控制设计
为使手爪的工作流程能够按照程序要求完成，还需要设计出完整的电气控制线路图，从而确保上下料机器人能够准确的发出对应的信号，对手抓和快速转换接头的电磁阀完成对应的控制工作。其具体的设计方案，依据工作内容的不同存在较大的差异，但其基础的要求是能够正确的控制气缸手爪的张开与闭合动作的完成。
4、结束语
做好上下料机器人的结构设计，使其能够满足各种工业生产流程的需要，同时供给多台机床的工作，减少生产过程中的人力资源成本，提升整体工作效率，同时还能够通过精确的控制减少人力工作中存在的失误现象，再辅以离线编程等技术的应用，能够极大的扩展机器人的柔性功能，降低企业的生产成本，提高企业的经营效益。但是在我国工业机器人的行业发展过程中，这方面的技术发展水平与国外同行业相比还有较大差距，这就需要相关从业者不断努力，完善机器人结构设计的不同细节，从而推动行业的技术发展水平不断提高。
参考文献
[1]申耀武.机床上下料工装设计中工业机器人的应用研究[J].南方农机,2019,50(08):2-3.
[2]吴芬.基于ABB机器人实训系统的机床上下料编程与调试[J].山东工业技术,2018(20):130-131.
[3]孙文龙.车削加工机床的自动上下料机器人干涉问题研究[J].内燃机与配件,2018(09):30-32.
论文作者:罗旭忠
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/9/12
标签：机器人论文; 数控机床论文; 料机论文; 工作论文; 结构设计论文; 位置论文; 工业论文; 《基层建设》2019年第16期论文;