數(shù)控機床上下料智能工作站的設計

王景學 楊學敏

摘 要：數(shù)控機床是機械制造行業(yè)的主流設備，在工業(yè)自動化程度迅猛發(fā)展的今天，提高數(shù)控機床的工作效率，實現(xiàn)機床上下料的自動化和智能化已經(jīng)迫在眉睫。通過改裝數(shù)控機床自動門、外加PLC作為智能工作站的上位機和采用觸摸屏監(jiān)控等形式，完成數(shù)控機床上下料智能工作站的設計，不僅能夠提高工作效率，而且能夠很好地監(jiān)控數(shù)控機床的運行狀態(tài)。

關鍵詞：數(shù)控機床；上下料；智能工作站

中圖分類號：TB 文獻標識碼：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.36.092

1 引言

在國家《中國制造2025》的宏偉藍圖下，高端數(shù)控機床備受生產(chǎn)制造企業(yè)的青睞，并且工業(yè)機器人亦是如此。因其具有重復定位精度高、可靠性高、生產(chǎn)柔性化及自動化程度高等無可比擬的優(yōu)勢，已經(jīng)作為智能化自動搬運系統(tǒng)特別是數(shù)控加工設備的重要生產(chǎn)搬運環(huán)節(jié)而廣泛應用。

新時代，在自治區(qū)第十三個五年規(guī)劃精神的指導下，面對國家經(jīng)濟建設飛速發(fā)展的新形勢，如何緊隨發(fā)展形勢，提高數(shù)控車床的生產(chǎn)能力、生產(chǎn)力水平，實現(xiàn)智能化控制、管理，是一個急需解決的問題。學院現(xiàn)擁有凱達CDCK-20A型全功能數(shù)控車和華數(shù)HSR-JR612六自由度機器人共11臺，設計用工業(yè)機器人給數(shù)控機床上下料的智能工作站，并且采用觸摸屏控制、管理工作站的生產(chǎn)運行，這對學生充分操作、使用、維護機器人、數(shù)控機床，促進學院教育教學水平的提高、拓展社會服務能力、發(fā)揮創(chuàng)新能力等都有著極為重要的意義。

2 項目方案設計

2.1 改裝數(shù)控車床為自動門

凱達CDCK-20A型全功能數(shù)控車因其可以實現(xiàn)多軸聯(lián)動、加工復雜零件和加工精度高的特點，廣泛應用在我院的教育教學和生產(chǎn)中。但凱達數(shù)控車的機床門為手動控制，這在數(shù)控機床上下料智能工作站的設計中無法實現(xiàn)自動上下料，因此需要改裝機床門。本項目研究小組經(jīng)企業(yè)調(diào)研、實地考察和試驗等方式，最終確定了給機床門安裝減速電機的方式，完成機床門自動開關的硬件改造。

2.2 確定智能工作站的上位機

本項目設計的智能工作站是要將數(shù)控機床、工業(yè)機器人統(tǒng)一控制和管理。在數(shù)控機床和工業(yè)機器人系統(tǒng)復位完成后，觸摸屏通過上位機控制工業(yè)機器人抓取工件、機床門開啟、機床液壓卡盤松開、機器人送料、機床門關閉、機床開始加工等動作，并且在工業(yè)機器人和數(shù)控機床工作過程中的狀態(tài)將實時地反映在觸摸屏上。基于以上考慮，本次設計選擇西門子S7-200 CPU226CN AC/DC/RLY型PLC作為上位機，采用昆侖通態(tài)TCP7062KS系列觸摸屏作為人機交互設備，實現(xiàn)設備運行監(jiān)控、設備狀態(tài)信息顯示、設備整體聯(lián)機控制及單機調(diào)試、設備安全保護等任務。

2.3 智能工作站工作流程設計

在確定采用西門子S7-200 CPU226CN AC/DC/RLY型PLC作為智能工作站的上位機和昆侖通態(tài)TCP7062KS系列觸摸屏作為人機交互設備后，設計智能工作站的工作流程如圖1所示。

3 項目實施

3.1 凱達CDCK-20A型全功能數(shù)控車床防護門系統(tǒng)的改裝

數(shù)控機床上下料智能工作站在自動工作的過程中要求數(shù)控機床的門能夠在工業(yè)機器人取料完成，準備上料時及時開啟，在工業(yè)機器人下料完成移出數(shù)控機床、數(shù)控機床開始加工之前及時關閉，并且控制動作要迅速，反應要快、維護簡單，使用壽命長，可靠性高。因此，本項目在數(shù)控車床的防護門上安裝一臺減速電機，為了防止減速電機超行程工作，在數(shù)控車床門的中間和兩側，分別安裝了限位開關，用I0.6和I0.7作為PLC的輸入信號，Q0.4和Q0.5作為控制機床門開啟和關閉的給減速電機的信號。

3.2 智能工作站上位機信號處理

本項目設計選擇西門子S7-200 CPU226CN AC/DC/RLY型PLC作為上位機，控制工業(yè)機器人給數(shù)控機床完成上下料。因此需要將機床和機器人復位完成、機床門、卡盤等信號給到智能工作站的上位機。智能工作站上位機I/O分配表如表1所示，電氣原理圖如圖2所示。

3.3 智能工作站觸摸屏組態(tài)

數(shù)控機床上下料智能工作站采用昆侖通態(tài)TCP7062KS系列觸摸屏作為人機交互設備。通過組態(tài)觸摸屏畫面實現(xiàn)智能工作站的機器人、數(shù)控機床的運行狀態(tài)的實時監(jiān)控和工作狀態(tài)的切換，并且為了防止誤操作，給觸摸屏添加了登錄界面，觸摸屏監(jiān)控數(shù)控機床和機器人狀態(tài)界面如圖3所示。

4 存在的問題及解決措施

4.1 存在的問題

（1）數(shù)控機床采用CNC控制，并且在出廠時，部分程序?qū)嵭辛思用芴幚恚虼嗽诳刂浦袩o法調(diào)用信號；

（2）項目采用外加PLC作為智能工作站控制的上位機的方式，但整體還是采用了硬件I/O通訊的方式，影響了系統(tǒng)部分功能的實現(xiàn)。

4.2 解決措施

在本項目繼續(xù)研究的過程中，可以嘗試應用工業(yè)交換機加PROFIBUS總線通訊方式解決上述問題。

5 結束語

研究將數(shù)控機床和工業(yè)機器人統(tǒng)一控制的智能工作站，不僅可以提高數(shù)控機床的工作效率，而且通過組態(tài)觸摸屏畫面，用戶可以實時監(jiān)控數(shù)控機床和工業(yè)機器人的運行狀態(tài)。

參考文獻

[1]鄭澤鈿，陳銀清，林文強等.工業(yè)機器人上下料技術及數(shù)控車床加工技術組合應用研究[J].組合機床與自動化加工技術，2013，（7）：105-109.

[2]袁順龍，白晶，秦現(xiàn)生等.四自由度上下料工業(yè)機器人控制系統(tǒng)研究[J].機械與電子， 2014，（11）.