新興工業(yè)時(shí)代，上下料機(jī)器人能滿足“快速/大批量加工節(jié)拍”、“節(jié)省人力成本”、“提高生產(chǎn)效率”等要求，成為越來越多工廠的理想選擇。上下料機(jī)器人系統(tǒng)具有高效率和高穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單更易于維護(hù)， 可以滿足不同種類產(chǎn)品的生產(chǎn)， 對(duì)用戶來說， 可以很快進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整和擴(kuò)大產(chǎn)能， 并且可以大大降低產(chǎn)業(yè)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

機(jī)器人特點(diǎn)

1．可以實(shí)現(xiàn)對(duì)圓盤類、長(zhǎng)軸類、不規(guī)則形狀、金屬板類等工件的自動(dòng)上料/下料、工件翻轉(zhuǎn)、工件轉(zhuǎn)序等工作。

2．不依靠機(jī)床的控制器進(jìn)行控制，機(jī)械手采用獨(dú)立的控制模塊，不影響機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)。

3．剛性好，運(yùn)行平穩(wěn)，維護(hù)非常方便。

4．可選：獨(dú)立料倉(cāng)設(shè)計(jì)，料倉(cāng)獨(dú)立自動(dòng)控制。

5．可選：獨(dú)立流水線。

機(jī)器人分類

關(guān)節(jié)式機(jī)器人

1．機(jī)器人最大工作范圍（回轉(zhuǎn)半徑）：620mm-3503mm

2．機(jī)器人負(fù)載能力：3kg-700kg

3．機(jī)器人工作節(jié)拍：大于等于3秒

4．定位精度：±0.1mm

5．驅(qū)動(dòng)形式：全伺服驅(qū)動(dòng)

6．手爪驅(qū)動(dòng)：氣動(dòng)或者電動(dòng)，根據(jù)工件不同定制，自動(dòng)換爪功能

7．編程方式：示教編程， AS語(yǔ)言編程

8．料倉(cāng)/輸送線：根據(jù)工件不同定制

直角坐標(biāo)機(jī)器

1．機(jī)器人工作范圍

水平行程：1000mm-20000mm

垂直行程：200mm-3000mm

工件旋轉(zhuǎn)：±180度

2．運(yùn)行速度：

水平運(yùn)動(dòng)最大速度：3000mm/s

垂直運(yùn)動(dòng)最大速度：1000mm/s

3．定位精度：

水平運(yùn)動(dòng)重復(fù)精度：±0.1mm

垂直運(yùn)動(dòng)重復(fù)精度：±0.1mm

4．傳動(dòng)形式：

水平運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)形式：同步帶/齒輪齒條

垂直運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)形式：同步帶/齒輪齒條/絲桿

5．負(fù)載重量：最大負(fù)載1000kg

6．運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)：PLC/運(yùn)動(dòng)控制卡/CNC

7．手爪驅(qū)動(dòng)：氣動(dòng)/電動(dòng)，根據(jù)工件不同定制，自動(dòng)換爪功能

8．料倉(cāng)/輸送線：根據(jù)工件不同定制

以上兩種形式的機(jī)器人都可以很好的完成加工工件的上下料工作。都有其自身的特點(diǎn)。關(guān)節(jié)式機(jī)床上下料機(jī)器人工作效率高，動(dòng)作節(jié)拍快，占地空間小，但是成本投入相對(duì)高一些。坐標(biāo)式機(jī)床上下料機(jī)器人工作效率高，占地空間相對(duì)大一些。但是成本的投入要少很多。這兩種形式的選擇還要看現(xiàn)場(chǎng)的工藝及要求來決定。

現(xiàn)代加工工藝要求高效質(zhì)量，機(jī)床上下料機(jī)器人有著符合這個(gè)時(shí)代意義的特性，它將引領(lǐng)這個(gè)時(shí)代加工工藝質(zhì)的飛躍。

南通機(jī)床公司一臺(tái)VM600加工中心出于提高工效和降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度的需要，加裝了一臺(tái)能自動(dòng)完成上、下料工作的機(jī)器人。當(dāng)機(jī)器人完成上料后，防護(hù)門關(guān)閉，工件自動(dòng)裝夾，加工完成后，工裝放松，防護(hù)門打開，再由機(jī)器人卸料。

1.硬件要求

此次改造中，我們新增了能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝夾的氣動(dòng)工裝，自動(dòng)打開和關(guān)閉的氣動(dòng)防護(hù)門等，并通過PLC輸入輸出接口，與機(jī)器人完成工作狀態(tài)的應(yīng)答。為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的精確及安全，對(duì)硬件的配置有如下要求：

（1）氣動(dòng)工裝，設(shè)有夾具夾緊及放松到位檢測(cè)開關(guān)。

（2）氣動(dòng)防護(hù)門，設(shè)有開門及關(guān)門到位檢測(cè)開關(guān)。

（3）控制工裝及防護(hù)門動(dòng)作的電磁閥為兩位雙電控電磁閥。

2．工作邏輯框圖

機(jī)床和機(jī)器人共同完成抓料、加工和缷料的控制過程流程如圖1所示。

圖1

（1）從圖1可以看出機(jī)床防護(hù)門的打開是在全部加工結(jié)束以后，防護(hù)門的關(guān)閉也要機(jī)床與機(jī)器人交互應(yīng)答之后才能發(fā)出關(guān)閉指令，通過實(shí)際測(cè)試，這兩項(xiàng)時(shí)間總計(jì)有4s左右，假如能巧妙地利用好切削前的準(zhǔn)備時(shí)間和切削后的各軸復(fù)位移動(dòng)的時(shí)間，就能最大限度地壓縮這4s左右的非切削時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)我們的工效目標(biāo)。

通過攻關(guān)，我們發(fā)現(xiàn)最好的解決辦法就是在加工過程快結(jié)束時(shí)，由機(jī)器人直接控制開門，又當(dāng)機(jī)器人完成上料工作后，再由機(jī)器人直接控制關(guān)門。經(jīng)此改動(dòng)后，整體加工時(shí)間壓縮了約3.5s。

（2）考慮到機(jī)器人有時(shí)會(huì)存在如保養(yǎng)或故障時(shí)無法工作的情況，而我們又希望機(jī)床能夠不停機(jī)、持續(xù)地加工產(chǎn)品，為此我們?cè)跈C(jī)床側(cè)加裝了一個(gè)“機(jī)器人模式”與“人工模式”切換旋鈕，當(dāng)處在“人工模式”時(shí)，就同時(shí)將機(jī)器人置為緊停狀態(tài)，這時(shí)防護(hù)門的開、閉由機(jī)床控制。這樣一來，會(huì)出現(xiàn)防護(hù)門的開、閉既可以由機(jī)床控制，也可由機(jī)器人控制的情形（實(shí)際上，在正常情況下，如前面所說當(dāng)處于“人工模式”時(shí)，機(jī)器人被置為緊停狀態(tài)，機(jī)器人是不會(huì)發(fā)出開、閉門指令的），僅出于安全上考慮，控制機(jī)床防護(hù)門動(dòng)作的電磁閥，其電氣動(dòng)作應(yīng)設(shè)計(jì)成：當(dāng)電磁閥得電時(shí)執(zhí)行動(dòng)作，當(dāng)動(dòng)作完成后，就失電，即不能讓電磁閥處于長(zhǎng)期通電的狀態(tài)。

在進(jìn)行電控設(shè)計(jì)時(shí)，有必要說明一點(diǎn)，由于防護(hù)門的開合既要由機(jī)床來控制，又要由機(jī)器人來控制，且控制命令要以收到門開、門關(guān)到位信號(hào)來結(jié)束，而裝在門上的門開、門關(guān)到位檢測(cè)開關(guān)各只有一個(gè)，如何供機(jī)床和機(jī)器人兩個(gè)控制單元使用呢？并且還要保證機(jī)床和機(jī)器人各自24VDC直流電源供電電路的獨(dú)立性。我們?cè)O(shè)計(jì)了如圖2～圖4所示的控制電路。

圖2

注：SQ1、SQ2為防護(hù)門開、關(guān)到位檢測(cè)開關(guān)；X0.0、X0.1為機(jī)床PLC輸入信號(hào)地址。

圖3

注：KA1、KA2為中間繼電器；Y0.0、Y0.1為機(jī)床PLC輸出信號(hào)地址。

圖4

機(jī)床上的PLC邏輯如圖5所示。

圖5

注：同上X0.0、X0.1為機(jī)床PLC輸入信號(hào)地址；Y0.0、Y0.1為機(jī)床PLC輸出信號(hào)地址。

（3）在使用時(shí)還發(fā)現(xiàn)當(dāng)機(jī)床在執(zhí)行工裝夾緊工件工作有時(shí)會(huì)出現(xiàn)誤信號(hào)，而機(jī)床和機(jī)器人全然不知，繼續(xù)執(zhí)行加工，從而造成對(duì)工裝或刀具的損壞。我們通過仔細(xì)觀察，最終找到了原因——由于其他狀況的出現(xiàn)，機(jī)器人實(shí)際上沒有把待加工的工件放置在工裝上，機(jī)床執(zhí)行工裝夾緊命令時(shí)，工裝上的夾緊缸在推動(dòng)夾爪移動(dòng)的過程中，會(huì)發(fā)出一個(gè)瞬間的工裝夾緊到位信號(hào)，讓機(jī)床和機(jī)器人誤認(rèn)為工裝夾緊動(dòng)作已經(jīng)完成。

后來將機(jī)床的PLC控制程序改成了機(jī)床在執(zhí)行工裝夾緊命令時(shí)，只有工裝夾緊信號(hào)能持續(xù)地發(fā)出一段時(shí)間（如1s），才認(rèn)為工裝夾緊動(dòng)作正常完成。