工业机器人和数控机床融合工作原理

我们常说团结就是力量，只有相互配合，才能把工作做得更加完美。这不仅仅适用于人类。

工业机器人和数控机床也是一样的，也是需要相互配合才能做好工作，提高工厂的生产效率。

所以今天要学习的是工业机器人和数控机床是怎么配合工作的？以FANUC机器人为例。

FANUC机器人在电机外壳加工生产线上的应用过程，采用机器人自动上下料技术及利用iRVision视觉系统，合理地规划机器人运动轨迹，把工业机器人搬运技术及数控机床加工技术有机地组合起来，实现自动装卸工件、自动码放加工成品，实现产品的高精度、高效率和低成本加工。

1、FANUC机器人

自动加工生产线配置了两台FANUC Robot M－20iA搬运系统机器人，其中一台机器人作为行走机器人R1，使用FANUC伺服电动机αiF12／3000控制，通过精密减速机、齿轮及齿条进行传动，重复精度高，可以轻松适应机床在导轨两侧布置的方案。

主要用于毛坯工件的抓取、机床上料、加工工序间工件抓取以及加工成品卸除并运送到传输带上。

另一台固定机器人R2结合FANUC独有的智能机器人技术（iRVision视觉功能），用于下料，在料筐里码放加工成品。

FANUC Robot M－20iA机器人各环节每一个结合处为一个关节点或坐标系，其外形及各关节位置如下图所示。

2、自动加工线设备布置

电机外壳自动加工生产线由上料输送带和下料输送带（分别配置iRVision视觉系统）、行走机器人R1（导轨式）、固定机器人R2、两台VM850立式加工中心、一台CLX360数控车床、成品料筐和系统控制柜等组成，各设备布置如下图所示。

3、 数控加工工艺

工件为电机外壳， 如下图所示， 为大批量生产， 材料是ADC12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。

零件加工工序内容分配如下：

（1）VM850立式加工中心1进行M4螺纹底孔钻孔、M4螺纹攻螺纹及铣削外圆凸台工序加工，如下图所示。

（2）VM850加工中心2进行钻6个φ 5．5mm的通孔、孔口倒角工序加工，如下图所示。

（3）CLX360数控车床进行内孔及台阶孔、孔口倒角工序加工，如下图所示。

此外， 还需要设计专用夹具， 加工中心夹具采用内夹方式，数控车床采用外夹方式。

4、机器人自动上下料动作设计

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。工件加工工艺流程如下：

①毛坯工件摆放在上料传送带上。

②行走机器人R1复合手爪抓取毛坯工件，行走到加工中心位置，将工件安装到加工中心的专用夹具上，如下图所示。

③待加工中心1加工完成后，行走机器人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，如下图所示。

④待加工中心2加工完成后，行走机器人R1取下工件到数控车床位置，将工件安装到专用夹具上，如图9所示。待工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，如下图所示。

⑤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，如图11所示，由机器人R2进行工件下料、自动码放在成品料筐中，如下图所示。

至此， 结束一个完整的加工流程。各加工工序有相应的节拍，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。

5、 专用夹具设计

依据三台数控机床各自的加工工序任务，设计三套组合气动夹具，介绍如下。

（1）立式加工中心1专用夹具：立式加工中心1进行钻孔、攻，如下图所示。

（2） 立式加工中心2 专用夹具：立式加工中心2进行钻6个φ 5．5mm的通孔、孔口倒角工序加工，设计以气动三爪自定心卡盘夹紧工件，以两个弹性V形块定向的夹具，如下图所示。

1．启动卡盘 2．支承块 3．弹性V形块 4．特制卡爪

（3）数控车床专用夹具：数控车床进行内孔及台阶孔、孔口倒角工序加工，设计以一面两销定位工件、以气动旋转夹紧器夹紧方式的夹具。

6 、机器人、P LC与数控机床的接口

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。

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。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，最终达到数控机床与机器人的有效通信。

重点需要处置紧急停止信号、数控机床准备完成信号、机器人手爪气动信号、数控机床夹具松夹信号以及安全门信号等，数控机床状态监控画面如下图所示。

随着工业机器人的应用越来越广泛，应用技术也越来越高，因此工业机器人自动上下料机构作为数控机床辅助部件，越来越受到机床制造商和用户的重视。

通过机器人和数控机床的紧密配合，保证系统加工过程的紧密性，降低了工人的劳动强度，大大提高了工作效率，具有较好的应用价值。

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