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工業(yè)機器人是怎么和數(shù)控機床配合工作的?

2017-03-15   來源:金屬加工   評論:0
摘要:導(dǎo)讀:本文論述了FANUC機器人在電機外殼加工生產(chǎn)線上的應(yīng)用過程,采用機器人自動上下料技術(shù)及利用iRVision視覺系統(tǒng),合理地規(guī)劃機器人運動

導(dǎo)讀: 本文論述了FANUC機器人在電機外殼加工生產(chǎn)線上的應(yīng)用過程,采用機器人自動上下料技術(shù)及利用iRVision視覺系統(tǒng),合理地規(guī)劃機器人運動軌跡,把工業(yè)機器人搬運技術(shù)及數(shù)控機床加工技術(shù)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。

本文論述了FANUC機器人電機外殼加工生產(chǎn)線上的應(yīng)用過程,采用機器人自動上下料技術(shù)及利用iRVision視覺系統(tǒng),合理地規(guī)劃機器人運動軌跡,把工業(yè)機器人搬運技術(shù)及數(shù)控機床加工技術(shù)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(fù)精度高,可以輕松適應(yīng)機床在導(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(jié)合FANUC獨有的智能機器人技術(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)點或坐標系,其外形及各關(guān)節(jié)位置如圖1所示。

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圖1 FANUC機器人外形圖

2. 自動加工線設(shè)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(dǎo)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(shè)備布置如圖2所示。

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圖2 加工線設(shè)備布置圖

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。

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圖3 電機外殼零件圖

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。

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圖4 加工中心1加工工序圖

(2)VM850加工中心2進行鉆6個φ 5.5mm的通孔、孔口倒角工序加工,如圖5所示。

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圖5 加工中心2加工工序圖

(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。

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圖6 數(shù)控車床加工工序圖

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。利圖1 FANUC機器人外形圖用機器人與數(shù)控機床加工組合應(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:

①毛坯工件擺放在上料傳送帶上。

②行走機器人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。

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圖7 加工中心1夾具上放工件

③待加工中心1加工完成后,行走機器人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。

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圖8 加工中心2夾具上放工件

④待加工中心2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(zhuǎn)臺位置,進行工件翻轉(zhuǎn)、交換,如圖10所示。

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圖9 數(shù)控車床夾具上放工件

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圖10 工件在翻轉(zhuǎn)臺上交換

⑤工件在翻轉(zhuǎn)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。

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圖11 復(fù)合手爪將成品工件放到下料輸送帶上

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圖12 單手爪將成品工件從下料輸送帶上取下

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(shè)計

依據(jù)三臺數(shù)控機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進行鉆孔、攻如圖13所示。

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圖13 加工中心1夾具

(2) 立式加工中心2 專用夾具:立式加工中心2進行鉆6個φ 5.5mm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。

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圖14 加工中心2夾具

1.啟動卡盤 2.支承塊 3.彈性V形塊 4.特制卡爪

(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(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 . 機器人、P LC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(yīng)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(yīng)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。

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圖15 數(shù)控車床夾具

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圖16 數(shù)控機床狀態(tài)監(jiān)控畫面

7. 結(jié)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(yīng)用范圍還在不斷地擴大,工業(yè)機器人自動上下料機構(gòu)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(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)等先進技術(shù),實現(xiàn)了工業(yè)機器人與數(shù)控機床的技術(shù)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(yīng)用價值。


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