一個工業(yè)機器人與數(shù)控加工組合的應用案例
發(fā)布時間：
2017-08-04 18:06
本文論述了FANUC機器人在電機外殼加工生產(chǎn)線上的應用過程，采用機器人自動上下料技術及利用iRVision視覺系統(tǒng)，合理地規(guī)劃機器人運動軌跡，把工業(yè)機器人搬運技術及數(shù)控機床加工技術有機地組合起來，實現(xiàn)自動裝卸工件、自動碼放加工成品，實現(xiàn)產(chǎn)品的高精度、高效率和低成本加工。
1.FANUC機器人
自動加工生產(chǎn)線配置了兩臺FANUC Robot M-20iA搬運系統(tǒng)機器人，其中一臺機器人作為行走機器人R1，使用FANUC伺服電動機αiF12/3000控制，通過精密減速機、齒輪及齒條進行傳動，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(iRVision視覺功能)，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(jié)每一個結合處為一個關節(jié)點或坐標系，其外形及各關節(jié)位置如圖1所示。
2. 自動加工線設備布置
電機外殼自動加工生產(chǎn)線由上料輸送帶和下料輸送帶(分別配置iRVision視覺系統(tǒng))、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(shù)控車床、成品料筐和系統(tǒng)控制柜等組成，各設備布置如圖2所示。
3. 數(shù)控加工工藝
工件為電機外殼，如圖3所示，為大批量生產(chǎn)，材料是ADC12鋁合金。加工內(nèi)容包含端面銑削鉆孔、攻螺紋和內(nèi)孔車削等內(nèi)容。
零件加工工序內(nèi)容分配如下：
(1)VM850立式加工中心1進行M4螺紋底孔鉆孔、M4螺紋攻螺紋及銑削外圓凸臺工序加工，如圖4所示。
(2)VM850加工中心2進行鉆6個φ5.5mm的通孔、孔口倒角工序加工，如圖5所示。
(3)CLX360數(shù)控車床進行內(nèi)孔及臺階孔、孔口倒角工序加工，如圖6所示。
此外，還需要設計專用夾具，加工中心夾具采用內(nèi)夾方式，數(shù)控車床采用外夾方式。利用機器人與數(shù)控機床加工組合應用技術，以自動上下料的方式加工此工件，提高加工效率。
4. 機器人自動上下料動作設計
根據(jù)工件的外形特點設計機器人氣動手爪部件，包含氣動、傳感器及機械部件等。
工件加工工藝流程如下：
?、倜鞴ぜ[放在上料傳送帶上。
?、谛凶邫C器人R1復合手爪抓取毛坯工件，行走到加工中心1位置，將工件安裝到加工中心1的專用夾具上，如圖7所示。
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的專用夾具上，如圖8所示。
?、艽庸ぶ行?加工完成后，行走機器人R1取下工件到數(shù)控車床位置，將工件安裝到專用夾具上，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，進行工件翻轉、交換，如圖10所示。
?、莨ぜ诜D臺進行交換后，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進行工件下料、自動碼放在成品料筐中，如圖12所示。
至此，結束一個完整的加工流程。各加工工序有相應的節(jié)拍，經(jīng)過調(diào)整CNC加工程序以及機器人動作程序后，可實現(xiàn)數(shù)控機床加工與機器人上下料的完美組合。
5. 專用夾具設計
依據(jù)三臺數(shù)控機床各自的加工工序任務，設計三套組合氣動夾具，介紹如下。
(1)立式加工中心1專用夾具：立式加工中心1進行鉆孔、攻螺紋及銑削外圓凸臺工序加工，設計以一面兩銷定位工件、以氣動旋轉夾緊器夾緊方式的夾具，如圖13所示。
(2)立式加工中心2專用夾具：立式加工中心2進行鉆6個φ5.5mm的通孔、孔口倒角工序加工，設計以氣動三爪自定心卡盤夾緊工件，以兩個彈性V形塊定向的夾具，如圖14所示。
(3)數(shù)控車床專用夾具：數(shù)控車床進行內(nèi)孔及臺階孔、孔口倒角工序加工，設計以一面兩銷定位工件、以氣動旋轉夾緊器夾緊方式的夾具，如圖15所示。
6. 機器人、PLC與數(shù)控機床的接口
為保證機器人與數(shù)控機床的安全配合，要建立機器人、PLC以及數(shù)控機床之間安全可靠的通信連接。
在硬件方面，通過屏蔽電纜將三者之間相應的輸入與輸出點進行連接。
軟件方面，通過機器人專用軟件、PLC接口，采集機床和機器人當前狀態(tài)，編寫相應的符合上下料邏輯的控制程序，最終達到數(shù)控機床與機器人的有效通信。
重點需要處置緊急停止信號、數(shù)控機床準備完成信號、機器人手爪氣動信號、數(shù)控機床夾具松夾信號以及安全門信號等，數(shù)控機床狀態(tài)監(jiān)控畫面如圖16所示。
7. 結語
隨著工業(yè)機器人向更深更廣方向的發(fā)展以及機器人智能化水平的提高，機器人的應用范圍還在不斷地擴大，工業(yè)機器人自動上下料機構作為數(shù)控機床輔助部件，越來越受到機床制造商和用戶的重視。
通過機器人控制系統(tǒng)和機床控制系統(tǒng)之間快速無誤的通信，以及機器人運動的精度，可保證系統(tǒng)加工過程的可靠性。本文所述自動加工生產(chǎn)線，匯集機器人技術、PLC技術、傳感器檢測技術、通信技術及數(shù)控技術等先進技術，實現(xiàn)了工業(yè)機器人與數(shù)控機床的技術組合，簡化了數(shù)控機床操作模式，提高了數(shù)控機床的操作安全性，降低了工人的勞動強度，工件的上下料及自動加工連接緊密，大大提高了工作效率，具有較好的應用價值。
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