课程案例036ZW-数控机床自动上下料机器人案例

基于机器人的数控机床自动上下料应用研究

摘要：在企业生产过程中应用自动化技术，实现智能化生产，可以显著提高企业的工作效率，增加企业的经济效益，并能够提升市场竞争力，使企业能够更好地适应当今社会的发展需求。在柔性制造系统中，基于机器人的生产技术可以显著提升机床的利用率，其中以机器人对机床自动上下料系统最为关键。在机床使用率需求持续提升的背景下，机床加工过程中所使用到的自动化技术也将得到进一步深化。所以有必要加深对机械手上下料系统的研究工作，确定合适的控制时序，编制科学的控制程序，优化机械手末端手抓机构，增强数控机床与机器人的通讯效率，达到加工一体化的效果，以高精度、高效率的方式做出上下料等各项动作。基于此背景下，结合企业生产需求，设计开发了一种机器人自动上下料系统，整套装置由 PLC 进行控制，将机器人与数控机床有机融合，实现工件的自动上下料，着重分析基于工业机器人的柔性生产线控制系统。

关键词：工业机器人；数控机床；PLC 控制；自动上下料

一、工业机器人概述

机器人是现代工业生产中不可缺少的重要工具。在柔性制造方向，自动上下料是机器人技术应用的一个重要方面。随着机床向高速、高精度的趋势发展，机床加工中的自动上下料技术将具有广阔的发展前景。[1]智能制造柔性生产线，是以安装在行走导轨上的机器人为基础，同时负责多台数控机床的上下料工作。将工业机器人上下料技术与数控机床加工技术相结合，针对加工实例设计了机器人自动上下料机构、机器人与数控机床通信单元，并规划了机器人上下料运行轨迹。使数控机床与机器人、零点定位系统等设备配合，实现自动化、无人化生产，并对数控系统进行了二次开发。采用工业六轴机器人实现机床自动上下料，通过自动导引车实现物流在各工位之间的自动周转，并设计和研究了相关通信接口与控制系统。

二、数控技术与工业机器人技术

我国在数控设备加工应用领域中，将工业机器人应用于数控机床，实现两者的融合应用越来越广泛，在技术应用层面上有了显著进步。工业机器人与数控机床的融合主要应用在柔性制造系统（FMC），系统根据生产需要，将几台机器人、多台数控机床及其辅助设备进行联网组线，工业机器人与数控机床不仅各有独立的控制系统，同时还可以通过数据通信，实现机器人与数控机床之间的信息传递，完成工业机器人对机床自动上下料，从而改变传统人工搬运工件的生产方式。以自动上下料工业机器人为例，通过将工业机器人与数控加工中心进行集成应用，采用 PLC 控制技术对工件生产线运行进行实时控制，提高系统可靠性，实现工业生产线控制自动化，不仅能够提升机床使用效率，还可以进行重复编程，满足工业生产的需要，适应各种恶劣生产环境，促进生产经济效益提升。

数控机床上下料机器人结构设计

18世纪末期，机械生产技术开始被应用于工业领域，历经几个世纪的发展，工业领域已经实现了应用机械生产技术来进行自动化生产，从而使人逐渐从繁重的工业生产中得以解脱出来。21世纪，在互联网等现代化信息技术的带动下，工业领域迎来了第四次技术革命，这也标志着工业4 0时代的来临。在此背景下，我国明确了2025年我国制造的发展战略目标，其中便包括了应用工业机器人来制造高端产品，这也使工业机器人成为工业领域发展的一个新亮点。在数控加工设备中，通过机器人技术的应用，以此研发出智能化的数控机床上下料机器人系统，能够大大提高工业生产的产品质量与生产效率，这也使越来越多的人开始关注工业机器人与数据机床的融合，这也使数控机床上下料机器人结构的设计成为一大热门研究课题。

1数控机床上下料机器人上位机及上下料流程的设计

1.1数控机床上下料机器人上位机的设计

根据我国提出的2025年中国制造的相关要求，本文研发出一款将数控机床、工业机器人、立体仓库、RFID技术以及检测技术进行一体化结合的智能化上下料系统，该数控机床上下料机器人能够自主完成镗削、车削、钻削和铣削等多种复杂工序，从而实现对复杂零件的加工。其不仅能够简化计划调度与生产管理，使上下料环节的速度大幅提高，还能合理管控产品的加工质量。除此之外，通过MES系统的工单下达与加工任务排程来对零部件进行智能化的加工与生产管控，数控机床上下料机器人还能对加工零件进行指定尺寸的在线实时检测，并通过MES系统的辅助来管理零部件的质量以及工艺优化。根据以上研究内容，本文采用HSR-JR612型六自由度的工业机器人，并将其与CDCK-20A型数控机床进行结合，同时还应用了立体仓库、RFID技术和信息检测技术，以此研发出能够进行自动上下料操作的智能化工业机器人，并由自动门来替代数控机床中原有的防护门。

1.2数控机床上下料机器人工作流程的设计

目录

一、设计的背景和意义................................................................................................1

(一)设计的背景........................................................................................................1（二）设计的意义....................................................................................................1

二、设计方案的论证和确定........................................................................................2

(一)设计要求分析....................................................................................................2（二）设计方案的确定............................................................................................2

三、设计过程................................................................................................................2

（一）设计原理........................................................................................................2（二）机器人的选型和3D模型设计......................................................................3（三）工作站布局....................................................................................................6（四）信号连接........................................................................................................7（四）程序设计......................................................................................................11

工业机器人自动上下料实施方案

方案一：工业机器人自动上下料的实施方法

在工业生产中，为了提高生产效率和优化生产流程，采用工业机器人进行自动上下料是一种常见的做法。下面将介绍一种可行的实施方案。

首先，需要选购适用于装卸物料的工业机器人。这个机器人应具备足够的装卸能力和稳定性，同时能够应对不同类型的物料。

接下来，需要进行设备配置和调试。首先，将工业机器人安装在合适的位置，并连接到生产线的控制系统。然后，根据实际需要，使用编程软件对机器人进行编程，使其能够准确地执行上下料操作。

为了确保机器人能够精确地识别和装卸物料，还需要安装相应的传感器和相机系统。这些系统可以帮助机器人检测物料的位置和状态，并进行相应的动作控制。

此外，为了增强机器人的操作能力，可以使用人机协作技术。例如，可以在机器人周围设置安全防护装置，以确保工人和机器人之间的安全距离，并避免发生碰撞。

最后，为了确保工业机器人的运行稳定和安全，需要进行系统测试和培训。在实际生产中，应该定期对机器人进行维护和保养，并及时处理可能出现的故障。

总的来说，工业机器人自动上下料的实施方案包括选购适用的机器人、设备配置和调试、安装传感器和相机系统、使用人机协作技术以及进行系统测试和培训等步骤。通过实施这些方案，可以提高生产效率和减少人力成本，同时提升生产线的安全性和稳定性。