1、引言和方案要求

   随着装备制造技术的发展，特别在机床加工行业，技术飞速进步，人力成本和自动化程度的提高。为了最大限度的解放劳动力，提高生产效率和产品质量，使用搬运机器人代替人工，实现高效、高品质、柔性的完成机器人对机床的上下料。

自动化要求设计：

1、采用一台机器人、多个工位、配置机器人辅助夹具外加上下料装置以满足客户自动化的生产要求。

2、工作站相对独立，并通过生产线匹配的电、气、水路接口联系多个工作站进行生产。

3、工作站系统简洁实用，便于操作，易于维护,具有安全防护功能。

4、设计为标准爪式夹具,刚性定位强,装卸件方便。

5、机器人外围关键设备采用航插连接，安装、运输、维护都方便。

6、搬运前后合格件、废件在工作站内部不做检验，保证搬运品质的稳定性、加快生产效率，提高产量。

7、具体的工艺和工件规格参考本文以下内容。

1.2系统实现概要

1.2.1概要

本系统的概要：作业者把工件放置到料仓料道上，到位后，机器人从滚道上抓取工件放到第一台车床上加工，完后取下再放到第二台车床上加工，然后再放回料仓料道指定工位上。

1.2.2工件规格

	名称	外径(mm)	内径(mm)	厚度(mm)	质量(kg)	图号
工件1	齿轮	165	35	34	2.15	CW6163C-02-049
工件2	结合子齿轮	123	75	72.5	1.47	CW6163C-02-018

 1.2.3系统图

（本图是大致示意图。和详细图纸有不一样的地方。）

     

1.3系统的流程和作业内容

1.3.1连续运行模式

序号	作业工序	作业内容	备注
1	作业准备 系统启动	① 工件准备、到位 ②工件类型、数量设定、颜色区分 ③ 按启动按钮	人工作业
2	机器人启动 工件从上料台取出	①工件取出 ②等待机床信号、交换工作	上下料滚道16工位，自动换位、升降（详见1.6.4）
3	机床1上下料	机床1有工件，下料、吹气清理、上料 机床1无工件，吹起清理，上料	作业期间，不检查产品是否合格
4	工件清洗	工件到指定位置吹气清洗。
5	工件翻转放置	①把机床1加工后的工件放到翻转台上。 ②等待机床2信号，根据工艺不同，为机床2上料时，变换夹取位置。
6	机床2上下料	机床2有工件，下料、吹气清理、上料 机床无工件，吹起清理，上料
7	加工完成品放到下料台	① 机床2加工完成品规则放置到下料台 ② 机器人回到上料起始点；等待作业。	下料到料道预定位置
8	作业提示	当料仓一次加工完毕，提示人工上料
以下，从#1-#8循环动作

 

注意：出现异常时由操作员确认排除故障后继续运行。如不能继续运行，则由操作员手动操作设备至可以启动状态。

1.3.2其他运行模式

单独运行模式：各设备需单独运行时使用。各工序工件上下料可单独运行。

1.4节拍和品质条件

节拍目标：120sec 

根据从机床输入输出的I/O时间，卡盘开闭时间、卡盘清洗时间、机器人接近速度不同，临时放置台放置时间的不同，节拍可能会有变化。

品质条件：工件加工条件（使用工具、刀具旋转速度、进给量速度）的设定由甲方调整，工件的品质（加工精度、粗糙度）将被视为保证范围之外。

1.5主要部件和系统概述

1.5.1NACHI机器人及其控制系统

1.5.1.1MC20-01机器人：

MC20-01 机器人采用的新型交流伺服电机具有结构紧凑、高输出、响应快、高可靠性等特点，从

而使机器人本体紧凑灵活，具有较大的运动空间、更好的稳定性和较高的重复定位精度。

                     

图1 MC20-01 机器人工作空间

 

1.5.1.2 MC20-01动作参数：

 

项目		规格
最大动作范围	J1	±180o
	J2	+60o～-145 o
	J3	+242 o～-163 o
	J4	±180o
	J5	±139o
	J6	±360o
最大速度	J1	170 o /s
	J2	170 o /s
	J3	360 o /s
	J4	360 o /s
	J5	360o /s
	J6	600o /s
手腕扭矩	J4	49 N·M
	J5	49 N·M
	J6	23.5 N·M
手腕惯性力矩	J4	1.6kg·m 2
	J5	1.6kg·m 2
	J6	0.8kg·m 2
位置重复精度		±0.06mm
本体重量		220kg
耐环境性		端部相当于IP65（手臂端部采用一般油漆）
安装方式		地面/吊装
详细技术参数请参见技术图示

 

1.6.1.3机器人控制系统：

控制系统支持多种标准工业控制总线，包括：Interbus、Profibus、Devicenet、Canbus、Controlnet、EtherNet、 Remote I/O等（此项目通讯方式是I/O方式）；标准的ISA、PCI插槽，方便扩展；可直接插入各种标准Modem接入高速Internet，实现远程监控和诊断等。

1.5.2机器人示教编程器：

机器人系统配有大屏幕彩色触摸屏显示的编程器，操作与编程简单明了，具有在线参数修改和故障自诊断显示功能。方便操作者，可以进行示教、监控状态、参数修改和人机交互等，可以进行多窗口显示。可以进行内部编程，不同其他机器人的语句表编程，使编程更加直观，更加易于掌握。

                    

                                          图2 FD11控制装置

                       

1.5.3 外接PLC

    标准的工业PC计算机，Intel处理器；完全开放机器人控制系统平台，集成商可以根据自己需要配置系统；功能强大的软件包及功能模块；柔性、开放的外部轴配置方案，可以实现与外部轴的实时联动；支持多种标准工业控制总线，包括：Interbus、Profibus、EtherNet、 Remote I/O等；可直接插入各种标准Modem接入高速Internet，实现远程监控和诊断等；开放的系统结构，便于客户根据自己需要进行二次开发，形成自己的产品。此控制器是系统的主控单元，处理系统的各种信号（机器人与机床的信号交互、外围辅助设备、料仓料道运动等），可以外加多种信号处理模块。

      

      

 

                                            图4 控制器及其模块

1.5.4多工位自动循环料仓料道

该系列料仓专门用作在线存储圆盘类零件，配合关节机器人进行自动上下料，实现无人化加工，装配，检测等，料仓分为十六工位。

料仓料道工作流程如下图：

        

 

注：下料工位在工位1（无工件状态）

 

料仓料道参数：

 

序号 项目              说明

1    控制方式           PLC(16工位)

2    调速方式           无极变频调速

3    传动方式           蜗轮蜗杆减速机+链轮+链条

4    提升高度           400 

5    工件               圆盘（圆柱）类工件；直径范围（50-200）；高度范围（20-80）

6    定位精度           ±1

7    上下料信号           继电器隔离开关信号

8    尺寸               3400*850*1830(长*宽*高)

 

            

                                      图4 多工位自动循环料仓料

1.5.5 机器人抓手及其夹具 

 工件夹具采用两工位内撑式,，一个工位取工件，一个工位放工件。

 

1.6总结与展望

本文主要从机器人集成应用出发，针对机器人作业系统的作业特点，提出机床上下料应用的解决方案，提出了系统结构及实现方法，设计并实现了客户的要求。

现实中的客户可能会对系统集成供应者提出一些硬性的系统接口、协议要求，这可能直接导致了本文所述方法局限性，也就是说对于不同客户，还是需要根据具体要求对系统进行重新设计，而次方案只能局限于特定客户，这对于供应者来说增加了工作量。面对这个现实问题，如何提供统一有效的解决方案也是一个很有意义的研究课题。