本文從硬件的選擇、工業(yè)機(jī)器人與CNC數(shù)控機(jī)床的接口定義等方面,介紹了兩者集成的步驟,同時(shí)介紹了集成上下料工作站的種類與注意事項(xiàng)。
1. 硬件選擇
(1)工業(yè)機(jī)器人上下料工作站的組成
典型的工業(yè)機(jī)器人數(shù)控機(jī)床上下料工作站系統(tǒng)如圖1所示。主要的組成部分包括工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、工件、抓取手爪、周邊設(shè)備及系統(tǒng)控制器等。
工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床之間的通信方式根據(jù)各系統(tǒng)的不同,也有所區(qū)別。對(duì)于信號(hào)較少的系統(tǒng),可以直接使用I/O信號(hào)線進(jìn)行連接,至少要包括門控信號(hào)、裝夾信號(hào)及加工完成信號(hào)等。對(duì)于信號(hào)較多的系統(tǒng),可以使用現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)等方式進(jìn)行通信。
(2)上下料機(jī)器人的選擇
本實(shí)例所介紹的數(shù)控機(jī)床加工工件為圓柱體,如圖2所示,重量≤2kg,故機(jī)床上下料機(jī)器人可選用安川MH6機(jī)器人,如圖3所示。機(jī)器人控制系統(tǒng)為安川DXl00。
選擇工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器應(yīng)考慮夾取對(duì)象的形狀與質(zhì)量,本實(shí)例選擇氣動(dòng)手爪,如圖4所示,型號(hào)為HDS-20Y,控制手爪動(dòng)作的電磁閥安裝在MH6機(jī)器人本體上。若工件質(zhì)量大,可選用液壓手爪。
考慮到失電安全,失電后夾緊的工件不應(yīng)掉落,故電磁閥采用雙電控。末端執(zhí)行器氣動(dòng)控制回路如圖5所示。當(dāng)YV1電磁閥線圈通電時(shí),氣動(dòng)手爪收縮,夾緊工件;當(dāng)YV2電磁閥線圈通電時(shí),氣動(dòng)手爪松開(kāi),釋放工件;當(dāng)YV1、YV2電磁閥線圈都不通電時(shí),氣動(dòng)手爪保持原來(lái)的狀態(tài)。電磁閥不能同時(shí)通電。
(3)PLC控制柜與安全防護(hù)裝置的選擇
PLC控制柜用來(lái)安裝斷路器、PLC、開(kāi)關(guān)電源、中間繼電器和變壓器等元器件。PLC選擇OMRON公司NJ301-1100控制器,上下料機(jī)器人的啟動(dòng)與停止、輸送線的運(yùn)行等均由其控制。
常用的安全防護(hù)如圖6所示,有安全圍欄與安全光柵。本工作站選用安全圍欄。
2. CNC與機(jī)器人上下料工作站的接口
機(jī)器人上、下料時(shí),需要與CNC進(jìn)行信息交換、互相配合,才能有條不紊地工作。機(jī)器人上下料的工作流程如圖7所示。
CNC與機(jī)器人上下料工作站PLC之間信號(hào)的傳遞路徑如圖8所示。CNC機(jī)床PLC與上下料工作站PLC之間進(jìn)行信息交換,機(jī)器人控制系統(tǒng)與上下料工作站PLC之間進(jìn)行信息交換。
CNC與機(jī)器人上下料工作站的接口信號(hào)如表1所示。上下料工作站PLC向CNC機(jī)床PLC發(fā)出指令,如“請(qǐng)求CNC開(kāi)門”、“請(qǐng)求CNC關(guān)門”等,指令的執(zhí)行由CNC機(jī)床PLC來(lái)完成。
機(jī)器人上下料工作站PLC的配置如表2所示,CNC與機(jī)器人上下料工作站的接口分配如表3所示。
3. CNC與機(jī)器人上下料工作站的接口電路設(shè)計(jì)
CNC機(jī)床PLC的輸出接口為源型輸出,而NJ PLC的輸入接口必須接為漏型,所以CNC機(jī)床PLC的輸出信號(hào)通過(guò)中間繼電器進(jìn)行過(guò)渡。CNC輸出與NJ輸入接線圖如圖9所示。CNC輸入與NJ輸出接線圖如圖10所示。
4. 注意事項(xiàng)
(1)如果纏屑不處理,將會(huì)導(dǎo)致裝夾位置不準(zhǔn)確,上下料困難等問(wèn)題。面對(duì)此類問(wèn)題,首先要建議客戶改良工藝或車削刀具,有效斷屑;此外還需增加吹氣裝置,每個(gè)工作節(jié)拍內(nèi)吹氣一次,減少切屑堆積。
(2)機(jī)床的定位主要靠定位銷。一般情況下,定位銷會(huì)比定位孔小一些,不會(huì)發(fā)生工件難以裝入現(xiàn)象;但遇到間隙配合特別小的時(shí)候,首先要親自操作一下,看工件與定位銷之間的配合,再結(jié)合機(jī)器人精度做預(yù)判,以防后期機(jī)器人工作站調(diào)試時(shí)無(wú)法裝夾到位,如圖11所示。
(3)裝夾到位問(wèn)題,有部分工件,在卡盤內(nèi)部有一個(gè)硬限位,工件在裝夾時(shí),必須緊靠硬限位,加工出的零件才算合格,遇此類情況,建議選用特制氣缸,含推緊壓板,可以有效達(dá)到目的。
(4)主軸準(zhǔn)停問(wèn)題,有的工件在裝夾時(shí)認(rèn)方向,主軸需有主軸定向功能,才可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人上下料。
(5)切屑堆積問(wèn)題,有部分?jǐn)?shù)控車床不含廢料回收系統(tǒng),此時(shí)在技術(shù)協(xié)議或方案中需注明,要客戶根據(jù)實(shí)際情況,定期清理切屑。
(6)斷刀是車床上下料中最頭痛的問(wèn)題,如沒(méi)有斷刀檢測(cè),只有通過(guò)定時(shí)抽檢來(lái)判斷此現(xiàn)象,如斷刀現(xiàn)象頻繁,建議研究該項(xiàng)目的可行性。