工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的通信與控制

工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的通信與控制

0金屬切削加工行業(yè)自動排放在我國機(jī)械制造行業(yè)的l自20世紀(jì)20年代以來，機(jī)械自動化技術(shù)開始在大規(guī)模的機(jī)械制造和空間規(guī)劃生產(chǎn)中發(fā)揮作用，尤其是當(dāng)時的汽車、火炮行業(yè)。由于技術(shù)水平和其他多種原因,當(dāng)年的自動化生產(chǎn)線大多是以專用機(jī)床為主的組合體,柔性很差,或者基本沒有,只有個別工件部分工序?qū)崿F(xiàn)有限柔性的自動加工,而且這種定義的制造系統(tǒng)也與當(dāng)代大多數(shù)企業(yè)的實(shí)際情況不相容。然而,隨著人工成本的上漲、工作環(huán)境的改變和多元化的市場競爭,各企業(yè)面臨著重重壓力。金融危機(jī)以來,依靠傳統(tǒng)勞動密集型來維系的“中國制造”已難以為繼。目前國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈要逐步升級,自動化是一種必然趨勢。在機(jī)械制造行業(yè)中應(yīng)用自動化技術(shù),實(shí)現(xiàn)加工對象的連續(xù)自動生產(chǎn),優(yōu)化高效的自動生產(chǎn)過程,加快生產(chǎn)投入設(shè)備、加工工件變換和流動速度。目前,在金屬切削加工中,我國現(xiàn)階段在產(chǎn)品數(shù)量較大的同類產(chǎn)品連續(xù)流水作業(yè)生產(chǎn)線中,自動化設(shè)備仍然是半自動機(jī)床、自動機(jī)床、組合機(jī)床、送料機(jī)構(gòu)組成的自動化生產(chǎn)線,這些自動化生產(chǎn)線柔性差、效率低。因此,作者基于FANUC0iTD和工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)柔性制造單元,應(yīng)用于柔性自動化加工生產(chǎn)線,可廣泛用于盤類、軸類及箱體類的自動化加工中,具有普遍意義,有很大的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。1柔性金屬切削單元的創(chuàng)建隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展,數(shù)控機(jī)床發(fā)展為組建柔性金屬切削加工自動化柔性制作單元提供了可靠的保證。以下以某校生產(chǎn)小軸類零件為例介紹柔性制造單元的結(jié)構(gòu)及控制原理。1.1車橋小軸零件加工工藝零件圖,如圖1所示。小軸零件需在數(shù)控車床加工完成,零件材料為45鋼,毛坯直徑為ue78830實(shí)心棒料,毛坯長度為90mm,單件生產(chǎn),無熱處理要求。小軸零件加工工藝有兩道工序,第一道工序:數(shù)控車床上平端面、車外圓、螺紋、切槽、倒角。第二道工序:數(shù)控銑床夾持直徑28mm外圓,以螺紋端面定位,銑端面保證長度尺寸60mm。1.2機(jī)器人污毒根據(jù)零件的技術(shù)要求,為此提出柔性制造單元的技術(shù)要求如下:(1)工業(yè)機(jī)器人夾具夾持一個零件。(2)機(jī)器人在斷電、斷氣時,機(jī)器人所抓工件不能松開或脫落。(3)機(jī)器人送料,取料動作要確保正確、到位,卡爪夾持工件不能造成工件損傷。(4)工業(yè)機(jī)器人夾具具有位置感應(yīng)開關(guān)。(5)工業(yè)機(jī)器人上下料位必須在機(jī)器人運(yùn)動范圍之內(nèi)。(6)控制系統(tǒng)具有軟/硬限位,控制異常、急停等故障顯示和報(bào)警功能。2柔性制造單元的結(jié)構(gòu)組成2.1單元整體布局對于小軸的加工,其第一道工序采用一臺數(shù)控車床,配FANUC0iTD數(shù)控車床系統(tǒng)、一個成品料架及一臺GSK工業(yè)機(jī)器人,柔性制造單元整體布局如圖2所示。數(shù)控車床的防護(hù)門采用行程500mm雙作用氣缸做執(zhí)行元件,實(shí)現(xiàn)防護(hù)門自動開門和自動關(guān)門,氣缸上有兩個感應(yīng)式傳感器,工作時將感應(yīng)信號傳給機(jī)器人,機(jī)器人控制系統(tǒng)將信號接收、處理后再與FANUC0iTD數(shù)控車床系統(tǒng)實(shí)施信號交換。機(jī)器人裝有一副氣動手爪,用于抓取和安裝工件,手爪上均有兩個感應(yīng)式傳感器,工作時將感應(yīng)信號傳送給機(jī)器人,使機(jī)器人能準(zhǔn)確、可靠地完成預(yù)定動作。2.2柔性制造單元交互對象的控制流程此柔性制造單元分為三個控制子單元,分別是一臺FANUC0iTD系統(tǒng)的數(shù)控車床,一臺GSK工業(yè)機(jī)器人,一個物料架單元。每完成一個動作或運(yùn)行完一段程序,各相關(guān)控制子單元之間必須有相應(yīng)的信號與機(jī)器人控制系統(tǒng)或者FANUC0iTD數(shù)控系統(tǒng)相互連接傳輸,電氣控制的原則是環(huán)環(huán)相連,控制邏輯合理正確。柔性制造單元交互對象的控制流程如下:物料倉送物料→機(jī)器人→數(shù)控車床→機(jī)器人→成品物料架。柔性制造單元交互對象交互控制描述如下:如果各設(shè)備都處于正常運(yùn)行狀態(tài),則啟動工業(yè)機(jī)器人,工業(yè)機(jī)器人檢測到數(shù)控車床處于空閑且準(zhǔn)備就緒狀態(tài),則從物料倉搬運(yùn)工件給數(shù)控車床,運(yùn)行至車床門前,檢測數(shù)控車床防護(hù)門是否打開到位,給數(shù)控車床上料,完成退出,工業(yè)機(jī)器人啟動FANUC0iTD數(shù)控車床系統(tǒng)循環(huán)啟動按鈕,車床開始加工;工業(yè)機(jī)器人在物料架取料后運(yùn)行至車床門前,待車床準(zhǔn)備就緒后開始取加工完成件,然后上料,完成后退出,工業(yè)機(jī)器人啟動FANUC0iTD數(shù)控車床系統(tǒng)循環(huán)啟動按鈕,車床開始加工;工業(yè)機(jī)器人將車床加工完成工件放置在成品物料架……以此類推,循環(huán)往復(fù)工作。2.3ui信號定義機(jī)器人與機(jī)床對接信號主要分為兩部分:機(jī)器人→機(jī)床:主要有自動門打開、自動門關(guān)閉、液壓卡盤打開、液壓卡盤關(guān)閉、循環(huán)啟動信號。其IO信號定義表見表1。機(jī)床→機(jī)器人:主要有自動門打開到位、自動門關(guān)閉到位、液壓卡盤打開到位、液壓卡盤關(guān)閉到位、機(jī)床準(zhǔn)備好、主軸零速信號。其IO信號定義表見表2。2.3.1gsk工業(yè)機(jī)器人與panuc0idt數(shù)控車床系統(tǒng)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)GSK工業(yè)機(jī)器人機(jī)器人與FANUC0iTD數(shù)控車床系統(tǒng)輸入信號進(jìn)行聯(lián)機(jī)通信的電路設(shè)計(jì),如圖3所示。圖3信號定義:自動門打開到位、自動門關(guān)閉到位、機(jī)器人手爪打開到位、機(jī)器人手爪關(guān)閉到位、卡盤打開到位、卡盤關(guān)閉到位。GSK工業(yè)機(jī)器人機(jī)器人與FANUC0iTD數(shù)控車床系統(tǒng)輸出信號進(jìn)行聯(lián)機(jī)通信的電路設(shè)計(jì),如圖4所示。圖4信號定義:自動門打開、自動門關(guān)閉、機(jī)器人手爪打開、機(jī)器人手爪關(guān)閉、卡盤打開、卡盤關(guān)閉、車床系統(tǒng)啟動。FANUC0iTD數(shù)控車床系統(tǒng)輸入、輸出信號如圖5所示。圖5信號定義:機(jī)床準(zhǔn)備完成、循環(huán)啟動、卡盤打開、卡盤關(guān)閉。2.3.2數(shù)機(jī)床控制系統(tǒng)pmc程序FANUC0iTD數(shù)車床控制系統(tǒng)準(zhǔn)備完成信號,需要判斷數(shù)控機(jī)床沒有急停、限位報(bào)警(X8.4)、主軸停止和程序結(jié)束(R130.0)、卡盤夾緊工件(R197.0)、自動方式就緒(F3.5),修改或增加FANUC0iTD數(shù)車床控制系統(tǒng)PMC程序,如圖6所示。3自動化加工的必要性基于FANUC0iTD和工業(yè)機(jī)器人柔性制造單元,不但把工人從繁重的、大量重復(fù)的勞動中解放出來,而且提高生產(chǎn)效率,產(chǎn)品加工質(zhì)量也不會受操作者主觀因素的影響而產(chǎn)生優(yōu)劣,并且適用于