JC530 前橋輸出軸在柔性制造單元中的程序設計與自動加工

張江華，檀昌雅，蔣云清，包 滿

(1.南昌工學院，南昌 330108；2.江西省汽車零部件數(shù)字化制造工程實驗室，南昌 330108；3.淮北師范大學 信息學院，淮北 235000；4.中山世達模型制造有限公司，中山 528400）

0 引言

制造業(yè)的長遠穩(wěn)定發(fā)展，離不開產(chǎn)品的個性化、多樣化、高精度制作、生產(chǎn)周期短、并減輕人們重復操作的體力勞動。隨著智能機器人與數(shù)控操作技術的衍生與發(fā)展，直接為機械制造實現(xiàn)智能化與自動化奠定了堅實的基礎[1]，而以機器人為中心的柔性制造單元，避免了一些影響機械制造精度與效率的不利因素，以及減少了因疲勞操作的失誤，能夠在一定程度上推動機械制造行業(yè)的可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展[2]。

1 工作原理

研究采用自動料庫、抽檢平臺、I5數(shù)控車床與機器人相結合的柔性制造單元，如圖1所示，該柔性制造單元的自動料庫、機器人卡爪是按照JC530前橋輸出軸（如圖2所示）的圖紙工藝要求進行設計的。通過一臺總控設備與機器人、自動料庫，I5數(shù)控車床、抽檢平臺之間實現(xiàn)通訊信號的交互，從而實現(xiàn)整條柔性生產(chǎn)線的智能化加工。

圖1 柔性制造單元

圖2 JC530前橋輸出軸零件圖

2 JC530 前橋輸出軸的自動加工過程規(guī)劃

根據(jù)JC530前橋輸出軸零件的圖紙工藝要求以及I5數(shù)控車床和NACHI機器人的設備性能及特點，對柔性制造單元中的自動上下料、自動抽檢、自動加工過程進行規(guī)劃，保證產(chǎn)品的批量生產(chǎn)的同時，縮短了生產(chǎn)時間、提高了產(chǎn)品質量，自動加工過程規(guī)劃工藝流程圖，如圖3所示。

圖3 自動加工過程規(guī)劃工藝流程圖

3 數(shù)控車床與機器人通訊設計

為了使數(shù)控車床和機器人之間的信號實現(xiàn)有效通訊傳輸，使用屏蔽信號電纜將數(shù)控車床PLC中相應的I/O點和機器人相應的I/O點進行連接，保證數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性。整個系統(tǒng)每完成一個動作或運行完一段程序，數(shù)控系統(tǒng)與機器人控制器會有信號交互[3]。

4 I5 數(shù)控車床自動加工程序編制

I5數(shù)控車床系統(tǒng)，是我國獨立自主研發(fā)的系統(tǒng)，與發(fā)那科、西門子系統(tǒng)的編程方式有所不同。機器人要完成對數(shù)控車床自動上下料，并通過加工程序中的相關指令，實現(xiàn)機床與機器人之間的交互。當數(shù)控車床執(zhí)行M22指令時，當前氣動門已經(jīng)打開到位，機器人控制器可進行下一步動作或執(zhí)行下一段程序指令M301等待機器人信號，機器人對車床進行換料完成后便可讓機床執(zhí)行下一段指令M23，當前氣動門已經(jīng)關閉到位，可以執(zhí)行加工程序，根據(jù)圖3的加工流程圖以及循環(huán)取料自動加工的要求，其編制的加工主程序如下：

表1 JC530前橋輸出軸加工主程序

5 機器人程序編制

按照JC530前橋輸出軸的加工過程編制機器人相關動作程序，機器人相關動作主程序與子程序如表2所示，使用時由一個主程序調用對應相關的子程序即可，機器人程序要適合柔性制造單元個性化、多樣化的的特點，只需要改變程序中的機器人位移點位，便夠對相似性零件進行快速換產(chǎn)加工，能夠快速響應市場的需求。

表2 機器人控制程序匯總表

5.1 機器人主程序

按照圖3加工流程圖的動作順序，與I5數(shù)控車床的動作順序相結合，編制機器人主程序如表3所示，首先要保證在執(zhí)行自動加工時，車床上要夾持完成工序一的半成品零件。

表3 機器人動作主程序

5.2 機器人料庫取料與放料的程序設計

機器人與數(shù)控車床相互配合，可以實現(xiàn)自動上料、加工、下料等功能[4]。根據(jù)程序指令，機器人從料倉中抓取毛坯并送至車床上加工。加工完成后，機器人將成品取出并送至料倉。

在實際生產(chǎn)過程中，機器人與自動料庫的動作分為料庫取料和料庫放料，取料程序如表4所示，取料時應保證料庫料盤有料并且定位準確，否則會造成機床換料時，毛坯材料裝夾不牢靠以至于無法正常進行加工，當加工完成品時機器人要執(zhí)行料庫放料程序，如表5所示，完成成品的放料操作。

表4 機器人動作料庫取料程序

表5 機器人動作料庫放料

5.3 機器人機床換料程序設計

機器人卡爪主要針對JC530前橋輸出軸等軸類零件進行上下料設計，機床換料過程如圖4所示，成品爪可對零件進行掉頭自動加工，毛坯爪可更換新的毛坯進行自動加工，該設計具備換料時間短、定位準精度高、運行穩(wěn)定、調試簡單、換件靈活、使用壽命長等優(yōu)點，針對機器人上述換料過程，編輯JC530前橋輸出軸零件的自動換料程序如表6所示，能夠實現(xiàn)快速調機。機器人能夠快速的更換卡爪與夾具，機器人程序具備良好的通用性，只要簡單的對機器人進行點位修調，即可適用于市場大多數(shù)軸零件的使用，機器人與換料程序能夠滿足市場上不同型號的數(shù)控機床自動上下料的生產(chǎn)工藝要求。

圖4 機床換料

表6 機器人動作機床換料

5.4 機器人抽檢程序設計

機器人抽檢分為手動隨機抽檢和自動抽檢。

手動隨機抽檢：通過抽檢平臺的抽檢按鈕進行控制，總控一方面采集人工輸入抽檢信號，同時采集抽檢臺狀態(tài)反饋，通過邏輯條件判斷，后再輸出給機器人與抽檢臺，若接受到手動隨機抽檢信號，機器人開始執(zhí)行抽檢程序，如表7所示，抽檢臺前進接取機械手放下的工件，后退輸送工件進行檢測，抽檢完成后，并反饋給總控進行狀態(tài)檢測[5]。

自動抽檢：在總控平臺的生產(chǎn)管理界面可設置每間隔多少個加工零件開始自動抽檢，可實現(xiàn)定量抽檢，當達到自動抽檢件數(shù)時抽檢平臺將抽檢信號傳遞給機器人，機器人執(zhí)行如表7所示的抽檢程序，實現(xiàn)自動等量抽檢。

表7 機器人動作抽檢放料

6 自動加工

執(zhí)行自動加工時，抽檢平臺、自動料庫、機器人與數(shù)控車床所有設備都應處于自動加工狀態(tài)，結合數(shù)控車床加工程序與機器人控制程序，完成JC530前橋輸出軸的自動上下料加工，提高了生產(chǎn)效率、生產(chǎn)質量、降低生產(chǎn)成本，緩解企業(yè)用工難的問題，同時減輕工人重復的體力勞動以及替代工人在一些對人體有害的環(huán)境下工作。

7 快速換產(chǎn)

由于柔性制造單元的特色是多樣化與個性化，所以隨著市場行情的變化經(jīng)常會發(fā)生換產(chǎn)的情況，針對此情況要根據(jù)具體的加工零件進行合理調整，加工與JC530前橋輸出軸相似的軸類零件只需要調整機器人卡爪以及料庫零件間的間距即可。

機器人卡爪調整：機器人卡爪及料庫應根據(jù)實際零件直徑進行調整，根據(jù)設計的零件大小，對機器人的卡爪進行調整，如圖5(a)機器人卡爪所示，調節(jié)A處的牙口位置可以使機械手進行松開和夾緊，具體調整牙數(shù)根據(jù)加工零件直徑實際大小進行調整，調整時應保證夾持力不易過緊或過松。

料庫調整：根據(jù)設計的零件大小，對料庫進行調整，如圖5(b)料庫料盤所示，調節(jié)A、B兩處的間距，調整時應保證機器人卡爪在夾持的過程中不會產(chǎn)生碰撞且定位可靠。

圖5 機器人卡爪及料庫零件位置調整

8 結語

通過對機器人動作與數(shù)控機床自動加工的程序設計構建了柔性制造單元的程序框架，經(jīng)試驗證明該程序結構緊湊、合理可靠，快速換產(chǎn)時只需要調整機器人位移的點位與數(shù)控車床加工輪廓的子程序，就能夠進行快速換產(chǎn)，實現(xiàn)了市場個性化、多樣化的需求，能夠適應市場絕大多數(shù)軸類的自動上下料加工，提高企業(yè)的市場競爭力。

以I5數(shù)控車床與NACHI機器人組成的柔性制造單元屬于小型化、柔性高、經(jīng)濟型的柔性制造系統(tǒng)，符合中小企業(yè)組織柔性化生產(chǎn)的需要。從模塊化逐步提高生產(chǎn)過程的柔性化與自動化水平看，該柔性制造單元是更為理想的自動化模塊[6]。