應用于工業機器人的數控車床的自動化改造設計

梁志祥 丁金燕

摘 要：制造業是我國的重要支柱產業。制造系統自動化是制造業的主要目標。近年來，隨著工業化、信息化、先進制造技術的飛速發展，逐漸成為企業提高市場競爭力的重要法寶。自動化制造設備可以提高生產效率，縮短制造周期，降低勞動強度，提高產品質量，降低生產成本，提高企業的市場適應性等。特別是隨著國家“智能制造2025”戰略的提出，汽車工業迎來了自動化和智能升級的難得機遇。通過對數控車床的自動改造，實現了數控車床與工業機器人的自動化結合，使機器人能夠自動開門、夾持工件;加工結束時自動拆卸、自動關閉;它不僅可以減少勞動，而且可以提高生產效率。

關鍵詞：數控車床;改造;自動化;設計

引言

隨著社會的發展，勞動力成本越來越高，制造業必須進行全面的自動化改革，機器人在制造業也將加速發展。數控車床作為制造業的支柱，如何實現數控車床與機器人的結合，實現全自動化已提上議事日程。這里我們要改造數控車床，即改造數控車床，使機器人在夾緊工件時能自動開門，自動夾緊;加工結束時自動拆卸、自動關閉;因此，數控車床在加工過程中可以實現全自動化，減少了加工工作量，提高了生產效率。

1機床自動化改造原理

本次改造是實現數控車床加工自動化，如圖1所示，改造數控車床自動化、零件加工，實現機床通過門控制自動化。然后由工業機器人將工件切換到機床安裝工具（氣動三爪卡盤），卡盤由電磁閥同時松開控制，將桿放在一定長度的卡盤上，控制信號鎖定三爪卡盤;然后機器人離開，機器自動關上門，開始加工;加工完成后，機床門再次打開，機器人抓取工件，松開三口卡盤，機器人拆卸工件，然后關上門。此時，一個循環完成，下一個循環可以繼續，從而實現完全自動化。

2主體設計

為了實現上述自動化功能，必須對現有的數控車床進行改造，選用980td寬數控車床。內容轉換將從控制系統和硬件轉換兩個方面實現：

（1）控制系統設計。整個系統的工作過程由數控車床工件、數控系統向工業機器人發出指令，啟動工業機器人控制系統（PLC，外部I/O端口最多可擴展256個）。第一個被判定為硬件以上的機器人擁有工件，在信號檢測時，工業機器人會抓取工件，完成信號后抓取工件，車門打開，車門打開到位，確認位置信號時由行程開關控制，松開氣動卡盤，工業機器人控制手爪將工件（棒）夾緊在平底鍋中，等待3s后，電磁閥動作報警，檢查卡盤鎖定，機床夾緊卡盤完成后，工業機器人離開機床后，系統會留下關閉機床門的信號，如果檢測到由行程開關關閉到位，則在檢測到信號后，將工業機器人送入數控車床，數控系統后端的信號是一個工件處理程序，處理完成后將信號發送給工業機器人，工業機器人抓取工件，在指定的硬件設備上，返回到初始狀態，結束一個工作周期。根據設計思路，PLC系統的工業機器人側開得更好，I/O觸點較多，非常方便。而嵌入式plc對數控車床的改造更為不便，要有一定的權威性，并在改造后進行一段時間的測試，以確定其穩定性和可靠性。經過仔細檢查，我們發現某些功能機床制造商的數控車床系統的PLC控制系統沒有使用，如無液壓自動后座車床、車床潤滑系統、車床控制系統等。等，我們剛查了機床的控制電路圖，發現相關的沒有使用過一些I/O模具拾取什么東西，我們用它的鑰匙和相應的代碼，你就可以控制門的打開和關閉（代碼M32，配線腳Y0.3），卡盤松動（代碼M13，配線腳Y0.5）和聯鎖碼（配線腳M12，Y0.6），這樣就不需要再安裝PLC，降低了成本，不會影響機床的穩定性。

（2）設備改造。在整個加工系統中，要實現自動開、自動夾緊、自動關閉、自動加工、自動打開、自動拆卸、自動關閉等自動過程，需要對該過程進行一些改進：a。數控車床的原裝夾緊裝置是一種普通的三爪手動夾緊盤，經過改造成氣動夾緊盤，使數控系統和機器人能夠自動控制夾緊盤的密封性。機床原裝手動操作、氣動功率控制、機床開關門的安全防護門行程500mm，選用直徑30mm×500mm的標準桿筒，通過控制電路，可使機器自動控制門的運動。通過這種改造，既可以降低勞動強度，又可以減少安全事故的發生（如果原來的鎖芯軸鑰匙忘了拆卸，開始轉動主軸，風險比較大，現在就沒有了）;同時，學生們還可以討論在金屬加工實踐中如何提高自動控制能力。

（3）自動送料裝置的結構設計

自動送料裝置包括斜送料通道和安裝在主軸座上方的送料機械手。進給操縱器包括推桿和推力油缸。非標軸承的外環基本上是由環材料制成的閥體，無位置要求。它可以放在斜進料通道中。工件從傾斜進給路徑上的滑動斜坡自動滾動到出料口，傳感器觸發進給機械手內的氣缸運動，機械手將工件夾在主軸前端。氣動推桿將工件推入夾緊裝置的夾緊頭，傳感器觸發夾緊裝置，完成工件的自動送料。

（4）夾緊裝置結構設計

非標軸承外環內表面為環體內表面，夾緊裝置采用點接觸定位和環體表面夾緊。夾緊裝置包括活動芯軸、氣動拉桿、執行桿和傳感器。主軸孔內設有活動芯軸，夾緊缸上裝有氣動拉桿，由氣缸驅動直線運動，夾緊缸與夾緊缸之間采用螺紋連接。當工件被夾緊時，氣動拉桿拉動卡盤夾緊工件，工件自動夾緊。車削完成后，在彈性變形的作用下，氣缸復位，活動卡盤復位到原來的狀態。夾緊過程穩定均勻，采用圓形凸臺支撐軸承外圈內壁，減少了零件在轉動過程中的變形。

（5）翻轉裝置設計

針對這種非標軸承常見的徑向定位孔和8字油槽的結構特點，設計并安裝了一種由車刀和伺服電機組成的銑削裝置。車床牽引板上設有工具安裝座，可根據車床中心不同高度手動調整，刀具座安裝在橫向拖板上。根據需要安裝1 ～ 6個數控車削刀具，進行車削加工。拖板的另一側安裝有銑削裝置，銑削裝置由伺服電機驅動。銑削裝置可根據加工方向的需要手動調整，實現徑向或圓周銑削。

（6）自動抑制裝置的結構設計

本發明公開了一種自動卷簾裝置，包括逃生通道和推力缸。加工完成后，移動卡盤復位松開工件，工件自動掉入出料通道，由推力缸推至出料通道出口，實現自動出料。

（7）電氣控制系統設計

電氣控制系統包括機床控制面板、PLC控制系統、伺服電機。數控系統通過編制數控程序、PLC控制系統動作、PLC控制系統協調控制自動上下料、夾緊、車削、銑削進給等機械零件的自動操作。

（8）數控系統選型

根據設計要求，本機控制系統采用廣州數控系統GSK990?，最多可控制3臺伺服電機。系統采用8.4英寸高分辨率彩色液晶顯示屏，支持B類宏程序（報表），開放式PLC支持在線編輯、編譯，邏輯控制功能更加方便靈活。

3設計特點

1）機床配有PLC控制系統，無需安裝其他PLC，降低了成本，不會影響機床的穩定性。

2）通過PLC控制和氣動驅動，可實時控制機器防護門的開關。

3）通過機床PLC，可根據需要實現機器人夾緊時的自動開門。

4）通過整體方案設計，實現了數控車床的全自動加工，不僅減少了加工工作量，而且提高了生產效率。

4結語

在數控車床的硬件改造上（主要采用氣動進給），通過自主研發的自動進給裝置、夾緊裝置和切削裝置，如機床門可自動開閉，零件三爪卡盤可自動鎖閉和松開，并配有工業機器人和硬件系統，可實現數控車床的自動加工。大大提高了生產效率和質量水平，降低了生產成本。該設備通用性強，市場前景廣闊。

參考文獻

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