数控机床上下料智能工作站的设计

王景学 杨学敏

摘 要：数控机床是机械制造行业的主流设备，在工业自动化程度迅猛发展的今天，提高数控机床的工作效率，实现机床上下料的自动化和智能化已经迫在眉睫。通过改装数控机床自动门、外加PLC作为智能工作站的上位机和采用触摸屏监控等形式，完成数控机床上下料智能工作站的设计，不仅能够提高工作效率，而且能够很好地监控数控机床的运行状态。

关键词：数控机床；上下料；智能工作站

中图分类号：TB 文献标识码：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.36.092

1 引言

在国家《中国制造2025》的宏伟蓝图下，高端数控机床备受生产制造企业的青睐，并且工业机器人亦是如此。因其具有重复定位精度高、可靠性高、生产柔性化及自动化程度高等无可比拟的优势，已经作为智能化自动搬运系统特别是数控加工设备的重要生产搬运环节而广泛应用。

新时代，在自治区第十三个五年规划精神的指导下，面对国家经济建设飞速发展的新形势，如何紧随发展形势，提高数控车床的生产能力、生产力水平，实现智能化控制、管理，是一个急需解决的问题。学院现拥有凯达CDCK-20A型全功能数控车和华数HSR-JR612六自由度機器人共11台，设计用工业机器人给数控机床上下料的智能工作站，并且采用触摸屏控制、管理工作站的生产运行，这对学生充分操作、使用、维护机器人、数控机床，促进学院教育教学水平的提高、拓展社会服务能力、发挥创新能力等都有着极为重要的意义。

2 项目方案设计

2.1 改装数控车床为自动门

凯达CDCK-20A型全功能数控车因其可以实现多轴联动、加工复杂零件和加工精度高的特点，广泛应用在我院的教育教学和生产中。但凯达数控车的机床门为手动控制，这在数控机床上下料智能工作站的设计中无法实现自动上下料，因此需要改装机床门。本项目研究小组经企业调研、实地考察和试验等方式，最终确定了给机床门安装减速电机的方式，完成机床门自动开关的硬件改造。

2.2 确定智能工作站的上位机

本项目设计的智能工作站是要将数控机床、工业机器人统一控制和管理。在数控机床和工业机器人系统复位完成后，触摸屏通过上位机控制工业机器人抓取工件、机床门开启、机床液压卡盘松开、机器人送料、机床门关闭、机床开始加工等动作，并且在工业机器人和数控机床工作过程中的状态将实时地反映在触摸屏上。基于以上考虑，本次设计选择西门子S7-200 CPU226CN AC/DC/RLY型PLC作为上位机，采用昆仑通态TCP7062KS系列触摸屏作为人机交互设备，实现设备运行监控、设备状态信息显示、设备整体联机控制及单机调试、设备安全保护等任务。

2.3 智能工作站工作流程设计

在确定采用西门子S7-200 CPU226CN AC/DC/RLY型PLC作为智能工作站的上位机和昆仑通态TCP7062KS系列触摸屏作为人机交互设备后，设计智能工作站的工作流程如图1所示。

3 项目实施

3.1 凯达CDCK-20A型全功能数控车床防护门系统的改装

数控机床上下料智能工作站在自动工作的过程中要求数控机床的门能够在工业机器人取料完成，准备上料时及时开启，在工业机器人下料完成移出数控机床、数控机床开始加工之前及时关闭，并且控制动作要迅速，反应要快、维护简单，使用寿命长，可靠性高。因此，本项目在数控车床的防护门上安装一台减速电机，为了防止减速电机超行程工作，在数控车床门的中间和两侧，分别安装了限位开关，用I0.6和I0.7作为PLC的输入信号，Q0.4和Q0.5作为控制机床门开启和关闭的给减速电机的信号。

3.2 智能工作站上位机信号处理

本项目设计选择西门子S7-200 CPU226CN AC/DC/RLY型PLC作为上位机，控制工业机器人给数控机床完成上下料。因此需要将机床和机器人复位完成、机床门、卡盘等信号给到智能工作站的上位机。智能工作站上位机I/O分配表如表1所示，电气原理图如图2所示。

3.3 智能工作站触摸屏组态

数控机床上下料智能工作站采用昆仑通态TCP7062KS系列触摸屏作为人机交互设备。通过组态触摸屏画面实现智能工作站的机器人、数控机床的运行状态的实时监控和工作状态的切换，并且为了防止误操作，给触摸屏添加了登录界面，触摸屏监控数控机床和机器人状态界面如图3所示。

4 存在的问题及解决措施

4.1 存在的问题

（1）数控机床采用CNC控制，并且在出厂时，部分程序实行了加密处理，因此在控制中无法调用信号；

（2）项目采用外加PLC作为智能工作站控制的上位机的方式，但整体还是采用了硬件I/O通讯的方式，影响了系统部分功能的实现。

4.2 解决措施

在本项目继续研究的过程中，可以尝试应用工业交换机加PROFIBUS总线通讯方式解决上述问题。

5 结束语

研究将数控机床和工业机器人统一控制的智能工作站，不仅可以提高数控机床的工作效率，而且通过组态触摸屏画面，用户可以实时监控数控机床和工业机器人的运行状态。

参考文献

[1]郑泽钿，陈银清，林文强等.工业机器人上下料技术及数控车床加工技术组合应用研究[J].组合机床与自动化加工技术，2013，（7）：105-109.

[2]袁顺龙，白晶，秦现生等.四自由度上下料工业机器人控制系统研究[J].机械与电子， 2014，（11）.