KUKA机器人在840D刀库管理中的应用研究论文_李昆

KUKA机器人在840D刀库管理中的应用研究论文_李昆

利戴工业技术服务(上海)有限公司 黑龙江齐齐哈尔 161000

摘要:文章针对某大型复杂结构件数字化车间加工中心刀库结构老化,换刀功能无法满足机床高效加工的问题,提出KUKA机器人机构结合840D系统实现自动换刀的升级方案,研究了KUKA机器人在西门子840D刀库管理系统中的应用,给出KUKA机器人和数控系统相结合的自动化控制的具体实施方法,实现了机床刀具自动装卸运输功能。

关键词:KUKA机器人;刀具管理;换刀

引言:国内某大型复杂结构件数字化车间,已配备了大型五坐标数控机床,该机床配置西门子SINU-MERIK 840DPowerline数控系统以及安装于机床本体外的链式刀库,但未使用840D系统刀具管理功能,刀具管理信息单一,同时该刀库采用液压换刀机构,存在运动速率慢,换刀时间长等问题,已经不能满足高效的数字化加工要求,因而对刀库的升级迫在眉睫。本文根据大型复杂结构件数字化车间的实际情况,提出采用KUKA工业机器人结合840D刀具管理实现换刀功能。数控系统连接机器人并且通过NC代码启动换刀。使用机器人换刀其优点在于刀库结构简单,能够承载大型刀具,针对尺寸长的刀具还便于实现路径避让,因而使换刀更加灵活快捷。升级后将KUKA机器人应用于西门子840D刀库管理系统中,取得了良好的效果,解决了换刀卡顿等问题,机器人结合AGV车取代了以往人工装卸刀及运输,可完全实现刀具的自动化装卸和运输,减少人力成本,满足了数字化加工要求。

1840D刀具管理功能的实现

1.1840DPowerline参数设定

使用西门子840D刀具管理功能需要对数控系统参数进行设定。按照刀库配置表,对参数进行设定。

1.2840DPowerline刀库配置

参数的设定只是给NC分配了相应的内存空间用于刀具管理,还需对刀库的配置进行组态。对于刀库配置组态有两种方式,一种方式是通过运行NC程序对系统变量进行赋值,另外一种方式是通过HMI-Ad-vanced的主画面中按软键“启动”(Start-up),进入启动调试子界面,按下右下角软键“刀具管理”(Toolman-agement)进入刀库组态界面,根据刀库配置对刀库进行组态。本项目使用第一种方式。

1.3PLC接口信号应答

1.3.1PLC-NCK数据接口说明

(1)DB71:DB71是用于刀具装载、卸载、重新定位、定位至换刀点时需要的接口信号数据块,其数据块长度与装载点的组态数量有关。(2)DB72:DB72是刀具交换(包括手动装刀、手动卸刀、自动刀具准备、自动刀具交换)时需要的接口信号数据块,该块的数据长度与组态的主轴数量有关。(3)FC8:刀具管理的传递块。当状态发生变化时(装刀/卸刀、换刀),使用该功能块。“多刀”情况下使用FC6。FC6与FC8的功能相同,但它还具有多刀功能。

1.3.2PLC响应流程

第1步:要判断刀具管理PLC接口信号哪个信号有请求?第2步:根据有请求的接口信号提供的数据通知KUKA机器人做相应的动作。第3步:等待KUKA机器人的相关动作完成信号。第4步:通过FC6或FC8功能块响应NC,通知NC动作已完成,继续下一步。

2KUKA机器人配置

2.1KUKA机器人外部自动信号接口配置

外部PLC(倍福PC)与机器人自动启动信号之前,需要了解PLC与机器人有哪些接口信号,这些信号都有哪些作用,接口信号的控制原理。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆通过外部PLC对机器人自动运行进行控制,其控制原理是:外部PLC(倍福PC)通过外部自动运行接口向机器人控制系统发出机器人进程的相关信号(如:运行许可、故障确认、程序启动等),机器人控制系统向外部PLC(倍福PC)系统发送有关运行状态和故障状态的信息[1]。

2.2机器人外部启动时序

机器人与倍福PLC中I/O交互信号配置好后,按照启动时序在PC侧编写相应的PLC程序,机器人的启动时序主要分为4步。(1)接通驱动装置。(2)确认报警信息。(3)启动Cell程序。(4)传递程序号并处理应用程序。

2.3机器人任务程序编写

刀具管理的任务分为刀库装刀任务,刀库卸刀任务,刀库刀具移位任务,夹爪排空任务,主轴无刀换新刀任务,主轴有刀换新刀任务,主轴有刀卸旧刀任务,刀库与AGV刀具移位任务。KUKA机器人程序按照动作流程对这些任务进行模块化编程。执行任务时调用相应程序模块,每一步的动作完成都通过交互信号反馈到数控系统中,数控系统再根据反馈信号刷新刀具表,保证动作和刀具表的数据一致[2]。除此之外KUKA机器人程序还包括中断程序用于处理急停故障等情况。

3换刀子程序L6的编制与实现

刀库的装刀,缷刀,重新定位功能在PLC中编好程序,结合数控的HMI中的刀库管理界面操作就可实现相应的动作及功能。对于换刀的功能还要编写名称为L6的换刀子程序,当NC程序中执行M6代码时会自动调用L6换刀子程序。在编写L6换刀NC程序时可以使用西门子840D数控系统中的M代码、H代码、逻辑控制、系统变量、跳转、R参数、通用接口信号等来实现换刀过程中的逻辑控制及刀库刀具表刷新的相关操作。L6换刀程序的编写需要考虑到程序控制中的各种情况诸如计算搜索、模拟、测试,当执行这些程序操作时,刀库不进行动作,防止误动作[3]。根据换刀流程编写L6的程序,L6中会用到一些840D系统的NC变量和指令,利用这些NC变量和指令就可以实现L6换刀程序中的各种条件判断和动作处理。L6换刀子程序中按照换刀的流程分成主轴无刀换新刀任务、主轴有刀换新刀任务、主轴有刀卸旧刀任务。每个任务都是按照动作顺序进行执行,动作不执行完成NC程序处于等待状态,动作完成信号响应后再执行下一步NC程序,这样处理避免了误动作的发生,保证了刀具表的准确性。

4自动装卸刀功能编制与实现

4.1管控系统生成子程序实现

管控系统需要生成两个子程序分别为装刀程序和卸刀程序。子程序的生成通过VisualStudio编程的软件实现。生成的子程序中包含刀库数据、刀具数据、刀沿数据等系统变量。

4.2机床自动装卸刀主程序实现

要实现自动装卸刀功能,机床840D系统要编辑两个NC主程序,分别为装刀程序和卸刀程序。当刀具AGV到位且管控系统下发执行命令时,840D系统分别调用相应的主程序,执行装卸刀动作[4]。主程序的编制要使用刀库数据系统变量、$A_DBW变量及GETFREE-LOC等系统命令实现。装卸刀程序的编写要按照动作流程编写,防止误动作发生,保证设备安全。

结束语:

本文提出了KUKA机器人机构结合840D系统针对老旧机床实现自动换刀的改造升级方案,详细论述了840D刀具管理功能的实现,KUKA机器人配置,换刀子程序的编制等技术要点及实现过程。该升级方案的实施不仅实现了高效的自动装卸刀具及运输功能,还减少了人力成本,避免了人工操作错误带来的影响,满足了数字化加工要求;同时对国内大型老旧机床的刀库改造升级提供了现实可行的思路和方法。

参考文献:

[1]郭磊,王培光,宗晓萍.基于KUKA机器人的PROFINET协议通讯分析[J].电子世界,2017(06):113-114+117.

[2]史晓佳,张福民,曲兴华,刘柏灵,王俊龙.KUKA工业机器人位姿测量与在线误差补偿[J].机械工程学报,2017,53(08):1-7.

[3]刘彬,许立铭,刘宏胜,毛伟华.Laserline激光发生器在KUKA机器人系统中的应用[J].上海交通大学学报,2016,50(S1):14-18.

[4]刘洪彬.浅析西门子840D系统的调整与维修策略[J].黑龙江科技信息,2015(17):65.

论文作者:李昆

论文发表刊物:《防护工程》2019年第4期

论文发表时间:2019/5/31

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