工業(yè)機器人和數控機床如何做到完美配合？

      與此同時(shí)，隨著(zhù)勞動(dòng)力成本的上升以及企業(yè)智能化的轉型，機器人市場(chǎng)卻備受追捧。

圖1 2012-2020年全球工業(yè)機器人銷(xiāo)售額及增長(cháng)率

       除傳統的焊接應用外，機器人在機床上下料、物料搬運碼垛、打磨、噴涂、裝配等領(lǐng)域也得到了廣泛應用。金屬成形機床是機床工具的重要組成部分，成形加工通常與高勞動(dòng)強度、噪聲污染、金屬粉塵等名詞聯(lián)系在一起，高溫高濕甚至有污染的作業(yè)環(huán)境使得這個(gè)崗位招人困難。工業(yè)機器人與成形機床集成，不僅可以解決企業(yè)用人問(wèn)題，同時(shí)也能提高加工效率和安全性、提升加工精度，目前已成為大的發(fā)展趨勢。

      那工業(yè)機器人和數控機床是怎么配合工作的？又是需要哪些專(zhuān)用夾具是分別應用到機械手和數控機床上的？這里以FANUC機器人為例。

1、電機外殼加工生產(chǎn)線(xiàn)上的配合應用

       FANUC機器人在電機外殼加工生產(chǎn)線(xiàn)上的應用過(guò)程，采用機器人自動(dòng)上下料技術(shù)及利用iRVision視覺(jué)系統，合理地規劃機器人運動(dòng)軌跡，把工業(yè)機器人搬運技術(shù)及數控機床加工技術(shù)有機地組合起來(lái)，實(shí)現自動(dòng)裝卸工件、自動(dòng)碼放加工成品，實(shí)現產(chǎn)品的高精度、高效率和低成本加工。

       自動(dòng)加工生產(chǎn)線(xiàn)配置了兩臺FANUC Robot M－20iA搬運系統機器人，其中一臺機器人作為行走機器人R1，使用FANUC伺服電動(dòng)機αiF12／3000控制，通過(guò)精密減速機、齒輪及齒條進(jìn)行傳動(dòng)，重復精度高，可以輕松適應機床在導軌兩側布置的方案。

       主要用于毛坯工件的抓取、機床上料、加工工序間工件抓取以及加工成品卸除并運送到傳輸帶上。

       另一臺固定機器人R2結合FANUC獨有的智能機器人技術(shù)（iRVision視覺(jué)功能），用于下料，在料筐里碼放加工成品。

       FANUC Robot M－20iA機器人各環(huán)節每一個(gè)結合處為一個(gè)關(guān)節點(diǎn)或坐標系，其外形及各關(guān)節位置如下圖所示。

圖2

2、自動(dòng)加工線(xiàn)設備布置

       電機外殼自動(dòng)加工生產(chǎn)線(xiàn)由上料輸送帶和下料輸送帶（分別配置iRVision視覺(jué)系統）、行走機器人R1（導軌式）、固定機器人R2、兩臺VM850立式加工中心、一臺CLX360數控車(chē)床、成品料筐和系統控制柜等組成，各設備布置如下圖所示。

圖3

3、數控加工工藝

      工件為電機外殼， 如下圖所示， 為大批量生產(chǎn)， 材料是ADC12鋁合金。加工內容包含端面銑削鉆孔、攻螺紋和內孔車(chē)削等內容。

圖4

零件加工工序內容分配如下：

（1）VM850立式加工中心1進(jìn)行M4螺紋底孔鉆孔、M4螺紋攻螺紋及銑削外圓凸臺工序加工，如下圖所示。

圖5

（2）VM850加工中心2進(jìn)行鉆6個(gè)φ 5.5mm的通孔、孔口倒角工序加工，如下圖所示。

圖6

（3）CLX360數控車(chē)床進(jìn)行內孔及臺階孔、孔口倒角工序加工，如下圖所示。

圖7

此外， 還需要設計專(zhuān)用夾具， 加工中心夾具采用內夾方式，數控車(chē)床采用外夾方式。

4、機器人自動(dòng)上下料動(dòng)作設計

根據工件的外形特點(diǎn)設計機器人氣動(dòng)手爪部件，包含氣動(dòng)、傳感器及機械部件等。工件加工工藝流程如下：

①毛坯工件擺放在上料傳送帶上。

②行走機器人R1復合手爪抓取毛坯工件，行走到加工中心位置，將工件安裝到加工中心的專(zhuān)用夾具上，如下圖所示。

圖8

③待加工中心1加工完成后，行走機器人R1復合手爪取下工件，行走到加工中心2位置，將工件安裝到加工中心2的專(zhuān)用夾具上，如下圖所示。

圖9

④待加工中心2加工完成后，行走機器人R1取下工件到數控車(chē)床位置，將工件安裝到專(zhuān)用夾具上，如圖9所示。待工件加工完成后取下工件，機器人行走到工件翻轉臺位置，進(jìn)行工件翻轉、交換，如下圖所示。

圖10

⑤工件在翻轉臺進(jìn)行交換后，機器人R1把加工成品放置在下料傳送帶上，如圖11所示，由機器人R2進(jìn)行工件下料、自動(dòng)碼放在成品料筐中，如下圖所示。

圖11

至此， 結束一個(gè)完整的加工流程。各加工工序有相應的節拍，經(jīng)過(guò)調整CNC加工程序以及機器人動(dòng)作程序后，可實(shí)現數控機床加工與機器人上下料的完美組合。

5、專(zhuān)用夾具設計

依據三臺數控機床各自的加工工序任務(wù)，設計三套組合氣動(dòng)夾具，介紹如下。

（1）立式加工中心1專(zhuān)用夾具：立式加工中心1進(jìn)行鉆孔、攻，如下圖所示。

圖12

（2）立式加工中心2 專(zhuān)用夾具：立式加工中心2進(jìn)行鉆6個(gè)φ 5.5mm的通孔、孔口倒角工序加工，設計以氣動(dòng)三爪自定心卡盤(pán)夾緊工件，以?xún)蓚€(gè)彈性V形塊定向的夾具，如下圖所示。

圖13

1．啟動(dòng)卡盤(pán) 2．支承塊 3．彈性V形塊 4．特制卡爪

（3）數控車(chē)床專(zhuān)用夾具：數控車(chē)床進(jìn)行內孔及臺階孔、孔口倒角工序加工，設計以一面兩銷(xiāo)定位工件、以氣動(dòng)旋轉夾緊器夾緊方式的夾具。

6、機器人、P LC與數控機床的接口

為保證機器人與數控機床的安全配合，要建立機器人、PLC以及數控機床之間安全可靠的通信連接。

在硬件方面，通過(guò)屏蔽電纜將三者之間相應的輸入與輸出點(diǎn)進(jìn)行連接。軟件方面，通過(guò)機器人專(zhuān)用軟件、PLC接口，采集機床和機器人當前狀態(tài)，編寫(xiě)相應的符合上下料邏輯的控制程序，最終達到數控機床與機器人的有效通信。

重點(diǎn)需要處置緊急停止信號、數控機床準備完成信號、機器人手爪氣動(dòng)信號、數控機床夾具松夾信號以及安全門(mén)信號等，數控機床狀態(tài)監控畫(huà)面如下圖所示。

圖14

      不僅是生產(chǎn)活動(dòng)中，工業(yè)機器人代替人工在機床上進(jìn)行兩個(gè)行業(yè)領(lǐng)域也在用各自的優(yōu)勢互補。此外，中國機器人市場(chǎng)未來(lái)可預期的快速增長(cháng)或也是上述機床行業(yè)紛紛涉足的關(guān)鍵原因之一。

      機床是生產(chǎn)機器零部件的機器，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是生產(chǎn)機器的機器。數控機床是機床的數字化和智能化，主要通過(guò)數控裝置發(fā)出信號，控制機床按圖紙的要求，根據形狀和尺寸，自動(dòng)地將零件加工生產(chǎn)。數控機床較好地解決了復雜、精密、小批量、多品種的零件加工問(wèn)題。說(shuō)白了，就是機械零部件的生產(chǎn)從手工化，到機械化，再到數字化的應用過(guò)程。

      而機器人是高精尖的高科技產(chǎn)品，核心或者關(guān)鍵零部件有絲毫的誤差都會(huì )影響機器人的運動(dòng)和操作精度。很多核心零部件比如伺服電機、驅動(dòng)器、控制器、減速器等都需要精確度高的機床來(lái)生產(chǎn)，包括轉盤(pán)、大臂、小臂、箱體、腕體等關(guān)鍵零部件也是靠機床完成得，即便人工和機械能生產(chǎn)出來(lái)，也很難確保產(chǎn)品的精確度。所以，只有確保關(guān)鍵技術(shù)和零部件的精確度，機器人應用和推廣才有技術(shù)和質(zhì)量基礎。