數(shù)控加工中引入工業(yè)機器人的教學模式研究

徐慧

摘要：按照GSK機器人和980T數(shù)控車床的具體特征，筆者設(shè)計了柔性制造系統(tǒng);并且在這一基礎(chǔ)上提出了培訓學習模式，為學生在數(shù)控車床編程加工中借助機器人來完成裝卸加工提供有用的指導;令學生可以熟悉GSK機器人和數(shù)控車床關(guān)節(jié)調(diào)節(jié)所采取的方法，規(guī)劃機器人的詳細運作軌跡，了解這些機器人的具體使用方法，進而令數(shù)控車床自動加工的效率有所得到提升。經(jīng)由對這一培訓模式的分析，令學生更加了解數(shù)控加工智能技術(shù)，切實的保證了對本科數(shù)控專業(yè)應用型人才的培養(yǎng)，進而對可以學生對工業(yè)4.0智能數(shù)控教學理解的效果。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機床;機器人;柔性制造;培訓模式

0 ?引言

伴隨機器人被開發(fā)出來，工業(yè)4.0戰(zhàn)略的實施，作為擴展到數(shù)控加工智能技術(shù)的人才顯得特別關(guān)鍵，而培養(yǎng)人才的高校也未能更好的迎合時代發(fā)展的要求，而本次的研究項目主要是試圖借助GSK機器人數(shù)控車床柔性制造系統(tǒng)來對這一應用領(lǐng)域中的人才予以培養(yǎng)，并在這一基礎(chǔ)上構(gòu)建起新的實訓模式，試圖就新的本科數(shù)控專業(yè)應用型人才的培養(yǎng)予以改進，提升學生的學習能力。

1 ?數(shù)控車床柔性制造系統(tǒng)布局設(shè)計

本數(shù)控車床柔性制造系統(tǒng)具備自動裝卸、加工能力，由GSK機器人、物料架、氣動數(shù)控車床構(gòu)成。經(jīng)由大量的修改、布局和編程，實現(xiàn)數(shù)控車床編程的自動化加工，以及裝卸和加工的自動化處理，有效提高了工作效率。

2 ?系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計

2.1 工作流程設(shè)計

①前期準備。為了確保所設(shè)計的系統(tǒng)滿足車間工作需求，應當提前做好各項準備工作。比如，詳細錄入加工程序、試啟動數(shù)控車床。

②待一切準備工作就緒，即可進入聯(lián)動運行系統(tǒng)環(huán)節(jié)。首先，在完成氣動轉(zhuǎn)換操作后，數(shù)控車床會自動開門，進而使氣動三角夾頭松開。之后，料架便將原料輸送至三角夾頭處。

③自動上緊氣動卡盤、關(guān)閉數(shù)控車床。在將特定程序錄入機器人后，所有的工件便會經(jīng)由機器人動作運送至數(shù)控車床氣動三角夾頭。之后，柔性制造系統(tǒng)便會上緊三角夾頭，并關(guān)閉防護門。因為各項前期準備工作都已經(jīng)完成，此時，系統(tǒng)會啟動加工程序。

④數(shù)控車床自動開門，執(zhí)行成品加工動作。在特定程序之下，數(shù)控車床會自動執(zhí)行加工動作。同時，防護門、啟動夾頭都會處于自動開啟狀態(tài)。同樣，依照預設(shè)程序，機器人也會執(zhí)行料頭的拆卸動作。而在PR車床加工位置，則會自動掉落經(jīng)加工后的成品。

⑤通過擰緊氣動夾頭、關(guān)閉防護門，可結(jié)束數(shù)控車床所有動作，使其回歸初始狀態(tài)。得到成品后，機器人會卸下料頭。如果采取分批次的方式加工零件，則可以在料架上按照一定次序放置空白零件。這樣，就可跳過“前期準備”環(huán)節(jié)，實現(xiàn)零件的連續(xù)、批量加工。

2.2 數(shù)控車床柔性制造系統(tǒng)中的數(shù)控車床氣動改造設(shè)計

為了使機械手具備自動化功能，決定對數(shù)控車床進行氣動改造。具體可見圖1。在此次改造中，為了促使氣動防護門2自動滑動，新增了與氣源相接的氣動拉桿5。在預先錄入程序后，便可通過對控制面板4上所設(shè)的按鈕的操作來完成對元件2的控制。以機械自動化為指導，筆者也將氣動裝置加入到了氣動三角卡盤3。這樣，在預先錄入程序后，依靠對元件4上所設(shè)的按鈕的操作，即可自動松緊元件3，也能自動裝卸零件。經(jīng)過此次氣動自動化改造，數(shù)控車床的自動化水平有所提升，不僅能夠自動啟閉門，也能夠依照程序設(shè)計進行自動松緊。特別是在系統(tǒng)中引入機器人后，夾緊、加工、卸料等工序都由手臂完成，不僅能節(jié)約人力，也能提升車床的自動化水平。

2.3 典型零件規(guī)劃設(shè)計

為了驗證柔性系統(tǒng)的自動化性能，筆者決定以案例的方式加以分析。筆者以零件葫蘆的尺寸及部分加工程序為實例。在文中，并不對零件葫蘆的程序編寫及具體加工活動進行分析，僅探討數(shù)控車床柔性制造系統(tǒng)及空間問題。但是，葫蘆的尺寸對料架設(shè)計、氣動夾具設(shè)計存在著較大的影響。

3 ?數(shù)控車床柔性制造系統(tǒng)實訓模式的建立

3.1 方案設(shè)計

在建立了數(shù)控車床柔性制造系統(tǒng)的系統(tǒng)硬件后，筆者試圖對數(shù)控車床柔性制造系統(tǒng)開展相關(guān)的培訓。詳細的實施策略主要是：

①培訓目標。經(jīng)由這一學習，使學生可以掌握數(shù)控智能化加工技術(shù)，是對數(shù)控專業(yè)本科生人才培養(yǎng)提出的新要求，令學生們更加深刻的了解了工業(yè)4.0智能數(shù)控的教學要求;培養(yǎng)創(chuàng)新意識，引導學生在課下自主探索。

②實訓對象。本科大三年級的機械類專業(yè)的學生。

③培訓內(nèi)容。經(jīng)由前期的規(guī)劃建設(shè)和教學程序的設(shè)計，指導學生使用工業(yè)機器人完成數(shù)控車床編程與加工中的自動裝卸、自動裝卸和自動加工等多個階段的學習。

④培訓計劃。按照設(shè)備的耐久性，在培訓階段安排了10名學生。培訓確定為5天。

3.2 數(shù)控車床柔性制造系統(tǒng)實訓模式的特色與創(chuàng)新點

①數(shù)控車床柔性制造系統(tǒng)作為一種全新的培訓模式引入到柔性制造系統(tǒng)的概念中，去除了之前的單設(shè)備培訓模式。多臺設(shè)備的聯(lián)動，尤其是引入了機器人，不單單是提升了學生們對機械技術(shù)的全面理解，而且也增加了培訓內(nèi)容，學生們獲得了更多的學習機會。②在數(shù)控車床柔性制造系統(tǒng)予以培訓的整個期間，學生基本上掌握了GSK機器人和數(shù)控車床協(xié)調(diào)的基本技能，對機器人上下料的軌跡予以規(guī)劃，進而實現(xiàn)了自動上下料操作，節(jié)約了人力。通過這些學習，學生們可以學習到這些相關(guān)的內(nèi)容，改進今后的加工效率，掌握數(shù)控加工智能技術(shù)并且為自動化加工提供有力的支持。③數(shù)控車床柔性制造系統(tǒng)的培訓方式的提出，令學生們對實踐有更多的了解，增加了學生通過這一模式進行創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)的機會，鞏固了學生們在實踐中進行自動控制的相關(guān)內(nèi)容，獲得了自動化建設(shè)和應用的經(jīng)驗。

④數(shù)控車床柔性制造系統(tǒng)的培訓模式的引入，令學生對機器人有更多深入的理解，明確確立了柔性制造系統(tǒng)的定義，提高了新本科數(shù)控專業(yè)應用型人才的培養(yǎng)和實踐能力。同時也為學生探索其它領(lǐng)域的自動化提供了指導，對實現(xiàn)教學目的，培養(yǎng)學生成才具有良好的促進作用。

4 ?結(jié)語

數(shù)控車床柔性制造系統(tǒng)的培訓模式是對當下培訓模式的新變革，從單設(shè)備培訓模式調(diào)整為多設(shè)備聯(lián)動培訓模式;描述了GSK機器人、數(shù)控車床的氣動改造、在PR過程中零件的自動化和無人裝卸，這些內(nèi)容的培訓不單單是提升了學生的興趣，而且為學生了解機器人和智能化制造提供了穩(wěn)定的基礎(chǔ)，期待其可以為本科數(shù)控專業(yè)應用型人才的培養(yǎng)提供有力的支持。

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