智能机器人与数控设备集成的智能生产线设计研究

程遥

广州数控设备有限公司 广东 广州 510530

1 工业机器人与数控设备集成应用现状

目前工业机器人与机床集成应用的现状主要是以机床为主完成加工工序，而机器人只是完成工序间的上下料以及物流。在组线方式方面也分为：

（1）单机上下料作为对生产批量大、加工时间短的中小零件加工，或需吊装的笨重工件而言，机器人上下料的优势特别明显。

（2）除了单机上下料外，还有多台机床、多种工序组成的柔性生产线。机床的布局取决于工艺路线和现场条件等因素，机器人承担工件的工序转换，与机床共同组成柔性生产线。

（3）在一些金属成型机床上，机器人与机床一起完成工艺加工过程，机器人夹持工件在冲剪、折弯机上实现加工操作，不仅是简单的上下料，而是替代了所有原来的人工作业。

（4）在个别工序上，工艺机器人参与到具体加工中，对机器人切割、抛光、打磨等，甚至机器人直接夹持切削工具，实现对工件的打孔等。具有视觉和触觉的机器人就相当于一台机床，能用于组装、零件分选等复杂工作。

在以上智能机器人与数控设备集成现状应用分析中可以看出，他们的具体集成应用形式也在不断发掘和创新当中。将工业机器人作为一种标准的零部件，如何应用集成，才是我们下一步融合机器人的数控机床研究的重点方向。而我们企业正是要从这点出发，提供整套技术解决方案，从机床设备到融合工业机器人自动化的制造单元，向客户提供整体自动化的工程。这就要求打通机器人和数控设备控制系统的壁垒，统一自动化思想，统一数字接口，统一操作界面，无缝化连接，同时，通过自动化物流和仓储系统，不同专业的自动化工作站也将打通，向模块化、一体式的无人化制造单元、信息自动化、物流自动化几个方向突破。下面以具体的智能生产线应用进行分析[1]。

2 机器人与数控设备集成应用

针对某企业提出的电机外壳制造自动化的需求，根据工艺流程，设计开发了一条智能产线，由工业机器人、加工中心、数控车床和及系统控制柜等进行联网组线。融合机器视觉检测技术、PLC控制技术、传感器技术、工业互联网技术、制造执行系统等技术，实现上料、加工、下料、检测等的一体化控制。通过PLC控制检测和流程及系统调度，制造执行系统MES管控信息可视化和数据实时分析处理，有效地将数字孪生技术、信息通信技术以及自动化控制技术等融合为一体，贯穿“设计—工艺—制造调试”全产业链。

电机外壳加工为大批量生产，是将材料是铝合金，加工内容包含端面铣削钻孔、攻螺纹和内孔车削等内容。全面考虑工件在各工序之间流转时必需的翻转、下上料、导向定位、信号检测等要求，并结合加工内容，综合分析工艺节拍，最终确定零件加工工序内容如下：

（1）立式加工中心1进行4螺纹底孔钻孔、螺纹攻螺纹及铣削外圆凸台工序加工。

（2）加工中心2进行通孔、孔口倒角工序加工。

（3）数控车床进行内孔及台阶孔、孔口倒角工序加工。

（4）根据工件的外形特点设计机器人气动手爪部件，包含气动、传感器及机械部件等，加工中心夹具采用内夹方式，数控车床采用外夹方式。毛坯工件摆放在上料传送带上；机器人R1复合手爪抓取毛坯工件，行走到加工中心1位置，将工件安装到加工中心1的专用夹具上；待加工中心1加工完成后，机器人R1复合手爪取下工件，行走到加工中心2位置，将工件安装到加工中心2的专用夹具上；待加工中心2加工完成后，机器人R1取下工件到数控车床位置，将工件安装到专用夹具上件加工完成后取下工件，机器人行走到工件翻转台位置，进行工件翻转、交换；工件在翻转台进行交换后，机器人R1把加工成品放置在下料传送带上，由机器人R2进行工件下料、自动码放在成品料筐中。经过调整CNC加工程序以及机器人动作程序后，可实现数控机床加工与机器人上下料的完美组合[2]。

3 控制系统设计与调试

本生产线在完成工业互联网搭建、PLC编程及HMI工控组态、制造执行系统MES联调等工作后，才能实现互联互通，组建完善的全套控制系统。为保证机器人与数控机床的安全配合，要建立机器人、PLC以及数控机床之间安全可靠的通信连接。根据工艺流程要求扩展PLC模块，正确配置I/O，编写和调试PLC组态通信应用程序。在硬件方面，通过屏蔽电缆将三者之间相应的输入与输出点进行连接。对数控机床、工业机器人、PLC、HMI、监控系统、MES系统等进行IP分配和端口分配以及设置，实现工业互联网搭建。在软件方面，通过机器人专用软件、PLC接口，采集机床和机器人当前状态，编写相应的符合上下料逻辑的控制程序，完成MES系统与数控机床、工业机器人、PLC等设备的参数配置，实现信号连接，最终达到数控机床与机器人的有效通信[3]。

4 结束语

机床自动生产线和自动化程度高的加工设备已经成为今后制造工厂的一个发展趋势。单机自动化、整线自动化等自动上下料装置用于加工工件的自动上料和下料、工件翻转及工件转序等工作，能够满足快速、大批量加工节拍，节省人力成本，提高生产效率等要求。本文所述自动加工生产线，汇集机器人技术、PLC技术、传感器检测技术、通信技术及数控技术等先进技术，实现了工业机器人与数控机床的技术组合，建立程序传输管理系统、生产数据采集分析管理、车间实时可视化反馈系统，实现对整个生产线生产数据的采集和分析，从而改善生产设备的总体生产运行效率，降低生产成本，提高产品质量，为客户带来更大利润空间。