ABB工业机器人在数控加工中的应用
吕震宇 张瓒
摘 要：本文利用一台ABB IRB1410型工业机器人与一台FANUC数控加工中心进行联接，根据产品的结构和加工要求，通过编程调试，利用气动手爪抓取零件托盘上的毛坯，放入数控加工中心工作台上的气动卡盘中，数控加工结束后，工业机器人将零件取出，放到托盘的原来位置，再抓取下一个零件放入气动卡盘，实现了工业机器人与数控加工中心配合下的自动上下料，进一步提高了生产效率，降低了劳动强度。
关键词：工业机器人；数控加工；上下料
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.009
0 引言
数控机床作为机械加工的一种核心设备，在机械零部件切削加工中发挥着重要的作用。但是长期以来，数控机床仅是作为独立的单机投入到生产中。随着科技的发展，工业机器人在各个领域的投入应用，数控机床逐渐成为制造系统中的一个环节和节点[1]。
工业机器人的应用，对生产的自动化水平、生产效率都起到了提高作用，而且使工人的操作环境得到改善，人力成本也有了降低，最重要的是改善了产品的质量，提高产品的附加值[2]。现代工业产品正在逐步向个性化、定制化和小批量化发展，尤其是产品周期不断缩短，更新越来越快，而品种越来越多，以往的刚性自动化生产设备、流水线或者专机己经很难满足如此多变和复杂的产品需求，工业机器人的柔性化恰好是解决这一矛盾的最佳解决方案之一[3]。
1 总体方案设计
本设计方案在一台新浙NMC-50V型数控加工中心防护门前安装一台ABB IRB1410型工业机器人，机器人固定安装；在工业机器人前端安装气动滑台，在滑台上安装上料托盘；工业机器人与数控加工中心和气动滑台进行通信联接。
工作时，机器人复位，上料托盘回到初始位置，在上料托盘规定位置摆放好零件毛坯后，按启动按钮，上料托盘在气动滑台的带动下移动到工作位置。机器人从上料托盘的1号位置抓取毛坯，放入机床工作台上的气动卡盘中，气动卡盘夹紧工件，机器人从机床内部移出，关闭机床安全门，机床运行数控程序，开始加工。加工结束后，打开机床安全门，机器人进入机床，气动卡盘松开，机器人手爪抓取气动卡盘上加工完成的工件，移出机床，放回到上料托盘的1号位置。随后，机器人手爪移动到上料托盘的2号位置，抓取毛坯进行加工，重复以上步骤，直至上料托盘中16个毛坯全部加工完成，气动滑台推动上料托盘返回初始位置，将加工好的工件取下，放上新的毛坯，继续加工。机床上下料机器人系统工作流程图见图1。
2 硬件系统设计
（1）机械结构设计。气动滑台设计。气动滑台一端连接料仓，一端连接工业机器人，滑台上放置上料托盘，上料托盘可由气缸带动，在滑台上往复移动，托盘上根据毛坯形状设置有定位凹槽。上料托盘的工作位置应确保在工业机器人工作范围之内，保证机器人手爪能够抓取托盘上所有位置的工件。
手爪的设计。在工业机器人第六轴末端安装平行气动手爪，手指内侧设计成V型槽结构，便于抓取圆柱状工件，并在手指内侧贴有胶皮，增大摩擦力，保证抓取工件的牢固。
安全门设计。为了减少改造成本，没有对数控加工中心的安全门进行自动化气动改造。而是通过机器人轨迹编程，利用机器人手爪推动安全门上的把手，实现安全门的关闭和打开。
夹具设计。将数控加工中心的平口钳更换为气动卡盘，气缸的控制下实现夹具的自动夹紧和松开。
（2）气路设计。整个设计方案中，共设计3个气路，分别联接3个执行机构气缸。1个联接气动滑台气缸，1个联接机器人气动手爪气缸，1个联接数控机床工作台气动卡盘气缸。
3 系统程序设计
本方案设计了一个程序模块，为了程序条例清晰，容易识读和更改，在程序模块中新建了13个例行程序。例行程序名称和功能见表1。
4 结束语
通过增加气动滑台，更换数控机床工作台气动卡盘，将ABB IRB1410型工业机器人与数控机床相联接，利用工业机器人进行自动上下料，实现了数控机床全自动加工生产，大幅提高了生产效率，减轻了工人的劳动强度。本方案还可以进一步推广应用到其他相关机床设备的技术升级和改造。
参考文獻：
[1]阮广东，吕新明，何彦虎.基于ABB工业机器人上下料的FANUC数控加工中心改造关键技术[J].山东理工大学学报（自然科学版）， 2018（02）：36-40.
[2]周永志，王义.工业机器人在数控机床中的应用[J].金属加工（冷加工），2012（12）：28.
[3]梁殿胜，江文明.工业机器人在机床上下料和零部件搬运中的应用[J].机电信息，2014（27）：47-49.
项目来源：山东职业学院院级科研课题资助项目
项目名称：工业机器人在数控加工中的应用研究
作者简介：吕震宇（1982-），男，山东济南人，硕士研究生，讲师，研究方向：机械制造。
