一個工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控加工組合的應(yīng)用案例
發(fā)布時間：
2017-08-04 18:06
本文論述了FANUC機(jī)器人在電機(jī)外殼加工生產(chǎn)線上的應(yīng)用過程，采用機(jī)器人自動上下料技術(shù)及利用iRVision視覺系統(tǒng)，合理地規(guī)劃機(jī)器人運(yùn)動軌跡，把工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)技術(shù)及數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)有機(jī)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(jī)器人
自動加工生產(chǎn)線配置了兩臺FANUC Robot M-20iA搬運(yùn)系統(tǒng)機(jī)器人，其中一臺機(jī)器人作為行走機(jī)器人R1，使用FANUC伺服電動機(jī)αiF12/3000控制，通過精密減速機(jī)、齒輪及齒條進(jìn)行傳動，重復(fù)精度高，可以輕松適應(yīng)機(jī)床在導(dǎo)軌兩側(cè)布置的方案。
主要用于毛坯工件的抓取、機(jī)床上料、加工工序間工件抓取以及加工成品卸除并運(yùn)送到傳輸帶上。另一臺固定機(jī)器人R2結(jié)合FANUC獨有的智能機(jī)器人技術(shù)(iRVision視覺功能)，用于下料，在料筐里碼放加工成品。
FANUC Robot M-20iA機(jī)器人各環(huán)節(jié)每一個結(jié)合處為一個關(guān)節(jié)點或坐標(biāo)系，其外形及各關(guān)節(jié)位置如圖1所示。
2. 自動加工線設(shè)備布置
電機(jī)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(jī)器人R1(導(dǎo)軌式)、固定機(jī)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(shè)備布置如圖2所示。
3. 數(shù)控加工工藝
工件為電機(jī)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(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，如圖4所示。
(2)VM850加工中心2進(jìn)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(jìn)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(shè)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(jī)器人與數(shù)控機(jī)床加工組合應(yīng)用技術(shù)，以自動上下料的方式加工此工件，提高加工效率。
4. 機(jī)器人自動上下料動作設(shè)計
根據(jù)工件的外形特點設(shè)計機(jī)器人氣動手爪部件，包含氣動、傳感器及機(jī)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(jī)器人R1復(fù)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(jī)器人R1復(fù)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。
④待加工中心2加工完成后，行走機(jī)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(jī)器人行走到工件翻轉(zhuǎn)臺位置，進(jìn)行工件翻轉(zhuǎn)、交換，如圖10所示。
⑤工件在翻轉(zhuǎn)臺進(jìn)行交換后，機(jī)器人R1把加工成品放置在下料傳送帶上，如圖11所示，由機(jī)器人R2進(jìn)行工件下料、自動碼放在成品料筐中，如圖12所示。
至此，結(jié)束一個完整的加工流程。各加工工序有相應(yīng)的節(jié)拍，經(jīng)過調(diào)整CNC加工程序以及機(jī)器人動作程序后，可實現(xiàn)數(shù)控機(jī)床加工與機(jī)器人上下料的完美組合。
5. 專用夾具設(shè)計
依據(jù)三臺數(shù)控機(jī)床各自的加工工序任務(wù)，設(shè)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(jìn)行鉆孔、攻螺紋及銑削外圓凸臺工序加工，設(shè)計以一面兩銷定位工件、以氣動旋轉(zhuǎn)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(jìn)行鉆6個φ5.5mm的通孔、孔口倒角工序加工，設(shè)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(jìn)行內(nèi)孔及臺階孔、孔口倒角工序加工，設(shè)計以一面兩銷定位工件、以氣動旋轉(zhuǎn)夾緊器夾緊方式的夾具，如圖15所示。
6. 機(jī)器人、PLC與數(shù)控機(jī)床的接口
為保證機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的安全配合，要建立機(jī)器人、PLC以及數(shù)控機(jī)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(yīng)的輸入與輸出點進(jìn)行連接。
軟件方面，通過機(jī)器人專用軟件、PLC接口，采集機(jī)床和機(jī)器人當(dāng)前狀態(tài)，編寫相應(yīng)的符合上下料邏輯的控制程序，最終達(dá)到數(shù)控機(jī)床與機(jī)器人的有效通信。
重點需要處置緊急停止信號、數(shù)控機(jī)床準(zhǔn)備完成信號、機(jī)器人手爪氣動信號、數(shù)控機(jī)床夾具松夾信號以及安全門信號等，數(shù)控機(jī)床狀態(tài)監(jiān)控畫面如圖16所示。
7. 結(jié)語
隨著工業(yè)機(jī)器人向更深更廣方向的發(fā)展以及機(jī)器人智能化水平的提高，機(jī)器人的應(yīng)用范圍還在不斷地擴(kuò)大，工業(yè)機(jī)器人自動上下料機(jī)構(gòu)作為數(shù)控機(jī)床輔助部件，越來越受到機(jī)床制造商和用戶的重視。
通過機(jī)器人控制系統(tǒng)和機(jī)床控制系統(tǒng)之間快速無誤的通信，以及機(jī)器人運(yùn)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(jī)器人技術(shù)、PLC技術(shù)、傳感器檢測技術(shù)、通信技術(shù)及數(shù)控技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，實現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的技術(shù)組合，簡化了數(shù)控機(jī)床操作模式，提高了數(shù)控機(jī)床的操作安全性，降低了工人的勞動強(qiáng)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(yīng)用價值。
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