基于PLC的CNC機器人上下料控制系統設計

李卓陽 江小靜 成澤 夏源澤

摘 要：采用數控機床與工業機器人組成集成系統進行機械零件的自動加工與上下料是智能制造的基礎。文章針對配備FANUC數控系統的車床，使用ABB工業機器人進行自動上下料，提出基于PLC的系統集成方案，在對數控車床進行局部改造的基礎上，規劃系統協調運行的工作流程和接口信號，繪制系統連接圖，并設計系統程序，實現系統的集成改造。

關鍵詞：工業機器人;數控車床;集成;PLC

0 引言

工業生產機器的自動化將為人們的生活帶來極大改變，使生產效率更高，成本更低。在這個初衷下文章將數控系統的機床CNC工業機器人自動下料，與PLC可編程邏輯控制器系統集成相結合，以數控車床局部改造為手段，制定系統協調運行的工作流程與接口信號，繪制系統連接圖，與系統程序相對接以實現系統的集成改造。

1 系統組成

為了讓機械在生產中實現上下料，筆者使用ABB工業機器人和數控機床，最終達到讓機洗運行的目的。如圖1所示，整個設備由兩個部分組成，分別是機器與數控機床。數控機床搭載了數控系統FANUC-0IT，并且采用了型號為IRB-1600-10-1.2的機器人，有高達10 kg的承載能力，工作半徑為1.2 m，并且將手爪固定在機器末端來夾持工件[1] 。

2 數控機床改造

系統集成時，為了控制改造，筆者使用氣動來支撐安全門和卡盤。為了控制安全門的開關，筆者將合適的氣缸安裝在防護罩上，將安全門與氣缸相連接。之后，將原來的手動卡盤刪除，將新的合適的氣動卡盤覆蓋在原來的手動卡盤上。安全門與卡盤的控制如圖2所示。

在圖2中，控制著安全門開關的是YV1和YV2，而檢測安全門關閉狀態的SQ3，控制卡盤松緊的是YV3和YV4，檢測卡盤松開狀態的是SQ4。將所有零部件組裝在一起后，筆者使用PLC來檢測相關的狀態，并且控制卡盤和安全門[2] 。

3? ? 系統聚合與組成方案

為了邏輯處理輸入輸出信號，需要在機器人和數控機床間增加PLC，完成信號傳遞與協調的運行，并使安全門、卡門和傳輸帶有效、協調地工作。

3.1? 工作流程規劃

由于使用了PLC直接控制安全門、卡盤和傳送帶，機器人以及數控車床的信號傳遞數量大幅減少。機器人的上下料過程可以被分為5個簡單的動作，按照編寫的相關程序，被主程序調用。而相關的機器人例行程序如表1所示。

3.2? 信號傳遞

按照上述的工作流程，為了達到PLC與CNC協調有效地運行這一目的，需要讓機器人輸入3個信號并且輸出4個信號。從表2可以清晰地看到機器人輸入輸出信號的相關地址分配[3] 。

3.3? 系統連接

筆者使用PLC來傳遞和邏輯處理由PMC和機器人傳來的相關信號。

4? ? 系統程序設計

通過對各部件之間的編程，實現機器人的自動工作系統以及裝卸料、數控車床的全自動排除人力干擾的加工。為了使二者能更有效、更節省成本地運行，讓信號傳遞更加快速有效，筆者編寫了PLC程序以及機器人內部的程序，修改了數控車床原本的相關程序[4]。

4.1? 機器程序設計

根據上述描述以及整個集成系統，筆者編寫了如表3所示的程序。

4.2? PLC程序設計

PLC控制機器人與數控機床之間的工作，調節安全門的開閉、卡盤的夾緊和松開、外空白帶和產品帶。

4.3? PMC相關程序的修改

為了系統工作，需要新程序覆蓋原本的PLC內置車床源程序，新覆蓋的程序最后F1.4與F9.4是數控內部信號，整個系統準備工作時，F1.4值為1，當加工程序開始運行后，F9.4值更改為1。G7.2是功能激活的相關編碼，該數值為1，機床激活開始工作。

5? ? 結語

PLC 技術的應用能夠帶來較高的價值，CNC可以讓加工質量穩定，加工精度高，重復精度高，可以僅僅通過簡單的控制來實現機器的自動化生產[5]。

[參考文獻]

[1]姚永輝.基于PLC的數控機床電氣控制系統研究[J].電子測試，2020（6）：33-34，54.

[2]丁錦宏.基于PLC的數控車床與工業機器人上下料系統集成改造[J].江蘇工程職業技術學院學報，2020（3）：1-4.

[3]李榮麗.基于PLC的上下料機器人控制系統設計[J].裝備制造技術，2007（2）：58-59.

[4]白雪寧.基于PLC的數控機床自動化生產技術研究[J].信息技術，2020（8）：74-78.

[5]孟金偉，李紅，何青.基于PLC數控車床上下料機器人軟件設計[J].電力與能源，2020（3）：339-344.

（編輯 王雪芬）