从硬件选择、工业机器人与CNC数控机床接口定义等方面介绍两者集成步骤

随着两化融化技术的发展，工业机器人的应用领域也越来越广泛，其应用一般是以工作站的形式出现的。在机械加工领域，基本上是以工业机器人与CNC机床集成工作站或自动化生产线为主的。

那么在应用过程中，机器人和机床该如何结合呢，请看下面的文章！

本文从硬件的选择、工业机器人与CNC数控机床的接口定义等方面，介绍了两者集成的步骤，同时介绍了集成上下料工作站的种类与注意事项。

1. 硬件选择

（1）工业机器人上下料工作站的组成

典型的工业机器人数控机床上下料工作站系统如图1所示。主要的组成部分包括工业机器人、数控机床、工件、抓取手爪、周边设备及系统控制器等。

工业机器人与数控机床之间的通信方式根据各系统的不同，也有所区别。对于信号较少的系统，可以直接使用I／O信号线进行连接，至少要包括门控信号、装夹信号及加工完成信号等。对于信号较多的系统，可以使用现场总线、工业以太网等方式进行通信。

（2）上下料机器人的选择

本实例所介绍的数控机床加工工件为圆柱体，如图2所示，重量≤2kg，故机床上下料机器人可选用安川MH6机器人，如图3所示。机器人控制系统为安川DXl00。

选择工业机器人末端执行器应考虑夹取对象的形状与质量，本实例选择气动手爪，如图4所示，型号为HDS-20Y，控制手爪动作的电磁阀安装在MH6机器人本体上。若工件质量大，可选用液压手爪。

考虑到失电安全，失电后夹紧的工件不应掉落，故电磁阀采用双电控。末端执行器气动控制回路如图5所示。当YV1电磁阀线圈通电时，气动手爪收缩，夹紧工件；当YV2电磁阀线圈通电时，气动手爪松开，释放工件；当YV1、YV2电磁阀线圈都不通电时，气动手爪保持原来的状态。电磁阀不能同时通电。

（3）PLC控制柜与安全防护装置的选择

PLC控制柜用来安装断路器、PLC、开关电源、中间继电器和变压器等元器件。PLC选择OMRON公司NJ301－1100控制器，上下料机器人的启动与停止、输送线的运行等均由其控制。

常用的安全防护如图6所示，有安全围栏与安全光栅。本工作站选用安全围栏。

2. CNC与机器人上下料工作站的接口

机器人上、下料时，需要与CNC进行信息交换、互相配合，才能有条不紊地工作。机器人上下料的工作流程如图7所示。

CNC与机器人上下料工作站PLC之间信号的传递路径如图8所示。CNC机床PLC与上下料工作站PLC之间进行信息交换，机器人控制系统与上下料工作站PLC之间进行信息交换。

CNC与机器人上下料工作站的接口信号如表1所示。上下料工作站PLC向CNC机床PLC发出指令，如“请求CNC开门”、“请求CNC关门”等，指令的执行由CNC机床PLC来完成。

机器人上下料工作站PLC的配置如表2所示，CNC与机器人上下料工作站的接口分配如表3所示。

3. CNC与机器人上下料工作站的接口电路设计

CNC机床PLC的输出接口为源型输出，而NJ PLC的输入接口必须接为漏型，所以CNC机床PLC的输出信号通过中间继电器进行过渡。CNC输出与NJ输入接线图如图9所示。CNC输入与NJ输出接线图如图10所示。

4. 注意事项

（1）如果缠屑不处理，将会导致装夹位置不准确，上下料困难等问题。面对此类问题，首先要建议客户改良工艺或车削刀具，有效断屑；此外还需增加吹气装置，每个工作节拍内吹气一次，减少切屑堆积。

（2）机床的定位主要靠定位销。一般情况下，定位销会比定位孔小一些，不会发生工件难以装入现象；但遇到间隙配合特别小的时候，首先要亲自操作一下，看工件与定位销之间的配合，再结合机器人精度做预判，以防后期机器人工作站调试时无法装夹到位，如图11所示。

（3）装夹到位问题，有部分工件，在卡盘内部有一个硬限位，工件在装夹时，必须紧靠硬限位，加工出的零件才算合格，遇此类情况，建议选用特制气缸，含推紧压板，可以有效达到目的。

（4）主轴准停问题，有的工件在装夹时认方向，主轴需有主轴定向功能，才可以实现机器人上下料。

（5）切屑堆积问题，有部分数控车床不含废料回收系统，此时在技术协议或方案中需注明，要客户根据实际情况，定期清理切屑。

（6）断刀是车床上下料中最头痛的问题，如没有断刀检测，只有通过定时抽检来判断此现象，如断刀现象频繁，建议研究该项目的可行性。

5. 结语

本文是以工业机器人与数控车床集成工作站的情况介绍的，对于工业机器人与数控铣床、加工中心等集成工作站同样具有借鉴作用，其步骤与注意事项是大同小异的。