用了半個多世紀(jì)的259車床，也能加裝機(jī)器人？

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編者按

隨著時間流逝，工廠里很多老舊設(shè)備的原有生產(chǎn)方式已經(jīng)明顯落后。一些廠家開始想辦法，自己動手，讓老舊設(shè)備重現(xiàn)活力。2022年2月，東輕熔鑄廠服役超過半個世紀(jì)的259車床順利完成了智能化機(jī)器人改造。早在2015年，《金屬加工》也刊登過數(shù)控機(jī)床加裝上下料機(jī)器人的應(yīng)用實(shí)例。

案例1：259車床智能化機(jī)器人改造

東輕熔鑄廠259車床投產(chǎn)于20世紀(jì)60年代，負(fù)擔(dān)直徑162~305mm，長度400~800mm鑄錠車皮工作。曾參與多個“中國第一”的生產(chǎn)工作。它采用傳統(tǒng)機(jī)械式加工，操作步驟繁瑣，存在一定安全隱患，而且產(chǎn)品質(zhì)量容易受到外力干擾。為了滿足現(xiàn)代生產(chǎn)需求，東輕熔鑄廠決定對259車床進(jìn)行改造。

一方面是機(jī)床本體的全自動改造，重新設(shè)計機(jī)械傳動部分、人工調(diào)整部分，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)備、測量、輔助、加工閉環(huán)控制，編寫操作程序，使機(jī)床和機(jī)器人的操作形成閉環(huán)銜接、整機(jī)合一。

另一方面，通過加裝智能機(jī)器人代替部分人工作業(yè)，實(shí)現(xiàn)該工序自動化生產(chǎn)。機(jī)器人的智能定位取料、精確送料和自動碼垛功能，使效率得到了提升，也降低了安全風(fēng)險。

案例2：VM600加工中心加裝上下料機(jī)器人

南通機(jī)床公司一臺VM600加工中心出于提高工效和降低員工勞動強(qiáng)度的需要，加裝了一臺能自動完成上、下料工作的機(jī)器人。當(dāng)機(jī)器人完成上料后，防護(hù)門關(guān)閉，工件自動裝夾，加工完成后，工裝放松，防護(hù)門打開，再由機(jī)器人卸料。

1 硬件要求

此次改造中，新增了能實(shí)現(xiàn)自動裝夾的氣動工裝，自動打開和關(guān)閉的氣動防護(hù)門等，并通過PLC輸入、輸出接口，與機(jī)器人完成工作狀態(tài)的應(yīng)答。為了實(shí)現(xiàn)動作的精確及安全，對硬件的配置有如下要求：

（1）氣動工裝，設(shè)有夾具夾緊及放松到位檢測開關(guān)。

（2）氣動防護(hù)門，設(shè)有開門及關(guān)門到位檢測開關(guān)。

（3）控制工裝及防護(hù)門動作的電磁閥為兩位雙電控電磁閥。

2工作邏輯框圖

機(jī)床和機(jī)器人共同完成抓料、加工和卸料的控制過程流程如圖1所示。

圖1

3發(fā)現(xiàn)問題與改進(jìn)

（1）從圖1可以看出機(jī)床防護(hù)門的打開是在全部加工結(jié)束以后，防護(hù)門的關(guān)閉也要機(jī)床與機(jī)器人交互應(yīng)答之后才能發(fā)出關(guān)閉指令，通過實(shí)際測試，這兩項時間總計有4s左右，假如能巧妙地利用好切削前的準(zhǔn)備時間和切削后的各軸復(fù)位移動時間，就能最大限度地壓縮這4s左右的非切削時間，從而實(shí)現(xiàn)工效目標(biāo)。

通過攻關(guān)，筆者發(fā)現(xiàn)最好的解決辦法就是在加工過程快結(jié)束時，由機(jī)器人直接控制開門，又當(dāng)機(jī)器人完成上料工作后，再由機(jī)器人直接控制關(guān)門。經(jīng)此改動后，整體加工時間壓縮了約3.5s。

（2）考慮到機(jī)器人有時會存在如保養(yǎng)或故障時無法工作的情況，而筆者又希望機(jī)床能夠不停機(jī)、持續(xù)地加工產(chǎn)品，為此在機(jī)床側(cè)加裝了一個“機(jī)器人模式”與“人工模式”切換旋鈕，當(dāng)處在“人工模式”時，就同時將機(jī)器人置為緊停狀態(tài)，這時防護(hù)門的開、閉由機(jī)床控制。這樣一來，會出現(xiàn)防護(hù)門的開、閉既可以由機(jī)床控制，也可由機(jī)器人控制的情形（實(shí)際上，在正常情況下，如前面所說當(dāng)處于“人工模式”時，機(jī)器人被置為緊停狀態(tài)，機(jī)器人是不會發(fā)出開、閉門指令的），僅出于安全上考慮，控制機(jī)床防護(hù)門動作的電磁閥，其電氣動作應(yīng)設(shè)計成：當(dāng)電磁閥得電時執(zhí)行動作，當(dāng)動作完成后就失電，即不能讓電磁閥處于長期通電的狀態(tài)。

在進(jìn)行電控設(shè)計時，有必要說明一點(diǎn)，由于防護(hù)門的開合既要由機(jī)床來控制，又要由機(jī)器人來控制，且控制命令要以收到門開、門關(guān)到位信號來結(jié)束，而裝在門上的門開、門關(guān)到位檢測開關(guān)各只有一個，如何供機(jī)床和機(jī)器人兩個控制單元使用，并且還要保證機(jī)床和機(jī)器人各自24VDC直流電源供電電路的獨(dú)立性？筆者設(shè)計了如圖2～圖4所示的控制電路。

圖2

注：SQ1、SQ2為防護(hù)門開、關(guān)到位檢測開關(guān)；X0.0、X0.1為機(jī)床PLC輸入信號地址。

圖3

注：KA1、KA2為中間繼電器；Y0.0、Y0.1為機(jī)床PLC輸出信號地址。

圖4

機(jī)床上的PLC邏輯如圖5所示。

圖5

注：同上X0.0、X0.1為機(jī)床PLC輸入信號地址；Y0.0、Y0.1為機(jī)床PLC輸出信號地址。

（3）在使用時還發(fā)現(xiàn)當(dāng)機(jī)床在執(zhí)行工裝夾緊工件工作有時會出現(xiàn)誤信號，而機(jī)床和機(jī)器人全然不知，繼續(xù)執(zhí)行加工，從而造成對工裝或刀具的損壞。筆者通過仔細(xì)觀察，最終找到了原因——由于其他狀況的出現(xiàn)，機(jī)器人實(shí)際上沒有把待加工的工件放置在工裝上，機(jī)床執(zhí)行工裝夾緊命令時，工裝上的夾緊缸在推動夾爪移動的過程中，會發(fā)出一個瞬間的工裝夾緊到位信號，讓機(jī)床和機(jī)器人誤認(rèn)為工裝夾緊動作已經(jīng)完成。

后來將機(jī)床的PLC控制程序改成了機(jī)床在執(zhí)行工裝夾緊命令時，只有工裝夾緊信號能持續(xù)地發(fā)出一段時間（如1s），才認(rèn)為工裝夾緊動作正常完成。

4結(jié)語

設(shè)備與機(jī)器人組線是如今發(fā)展的方向，文章中提到的現(xiàn)象和思路比較符合企業(yè)的現(xiàn)場實(shí)際，特別是考慮到機(jī)器人有時會存在如保養(yǎng)或故障時無法工作的情況，在電路設(shè)計中加入“機(jī)器人模式”與“人工模式”的方法很實(shí)用，實(shí)現(xiàn)手動和自動兩種操作模式，這種方法可以作為借鑒。

本文案例2發(fā)表于《金屬加工（冷加工）》2015年第24期第63~64頁，作者：南通機(jī)床公司 虞海靜、南通富來威農(nóng)業(yè)裝備有限公司 樊杰偉，原標(biāo)題：《數(shù)控機(jī)床加裝上下料機(jī)器人改造》。

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