王景學(xué) 楊學(xué)敏

摘 要：數(shù)控機(jī)床是機(jī)械制造行業(yè)的主流設(shè)備，在工業(yè)自動化程度迅猛發(fā)展的今天，提高數(shù)控機(jī)床的工作效率，實(shí)現(xiàn)機(jī)床上下料的自動化和智能化已經(jīng)迫在眉睫。通過改裝數(shù)控機(jī)床自動門、外加PLC作為智能工作站的上位機(jī)和采用觸摸屏監(jiān)控等形式，完成數(shù)控機(jī)床上下料智能工作站的設(shè)計，不僅能夠提高工作效率，而且能夠很好地監(jiān)控數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；上下料；智能工作站

中圖分類號：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.36.092

1 引言

在國家《中國制造2025》的宏偉藍(lán)圖下，高端數(shù)控機(jī)床備受生產(chǎn)制造企業(yè)的青睞，并且工業(yè)機(jī)器人亦是如此。因其具有重復(fù)定位精度高、可靠性高、生產(chǎn)柔性化及自動化程度高等無可比擬的優(yōu)勢，已經(jīng)作為智能化自動搬運(yùn)系統(tǒng)特別是數(shù)控加工設(shè)備的重要生產(chǎn)搬運(yùn)環(huán)節(jié)而廣泛應(yīng)用。

新時代，在自治區(qū)第十三個五年規(guī)劃精神的指導(dǎo)下，面對國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)飛速發(fā)展的新形勢，如何緊隨發(fā)展形勢，提高數(shù)控車床的生產(chǎn)能力、生產(chǎn)力水平，實(shí)現(xiàn)智能化控制、管理，是一個急需解決的問題。學(xué)院現(xiàn)擁有凱達(dá)CDCK-20A型全功能數(shù)控車和華數(shù)HSR-JR612六自由度機(jī)器人共11臺，設(shè)計用工業(yè)機(jī)器人給數(shù)控機(jī)床上下料的智能工作站，并且采用觸摸屏控制、管理工作站的生產(chǎn)運(yùn)行，這對學(xué)生充分操作、使用、維護(hù)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床，促進(jìn)學(xué)院教育教學(xué)水平的提高、拓展社會服務(wù)能力、發(fā)揮創(chuàng)新能力等都有著極為重要的意義。

2 項(xiàng)目方案設(shè)計

2.1 改裝數(shù)控車床為自動門

凱達(dá)CDCK-20A型全功能數(shù)控車因其可以實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動、加工復(fù)雜零件和加工精度高的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在我院的教育教學(xué)和生產(chǎn)中。但凱達(dá)數(shù)控車的機(jī)床門為手動控制，這在數(shù)控機(jī)床上下料智能工作站的設(shè)計中無法實(shí)現(xiàn)自動上下料，因此需要改裝機(jī)床門。本項(xiàng)目研究小組經(jīng)企業(yè)調(diào)研、實(shí)地考察和試驗(yàn)等方式，最終確定了給機(jī)床門安裝減速電機(jī)的方式，完成機(jī)床門自動開關(guān)的硬件改造。

2.2 確定智能工作站的上位機(jī)

本項(xiàng)目設(shè)計的智能工作站是要將數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人統(tǒng)一控制和管理。在數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)復(fù)位完成后，觸摸屏通過上位機(jī)控制工業(yè)機(jī)器人抓取工件、機(jī)床門開啟、機(jī)床液壓卡盤松開、機(jī)器人送料、機(jī)床門關(guān)閉、機(jī)床開始加工等動作，并且在工業(yè)機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床工作過程中的狀態(tài)將實(shí)時地反映在觸摸屏上。基于以上考慮，本次設(shè)計選擇西門子S7-200 CPU226CN AC/DC/RLY型PLC作為上位機(jī)，采用昆侖通態(tài)TCP7062KS系列觸摸屏作為人機(jī)交互設(shè)備，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控、設(shè)備狀態(tài)信息顯示、設(shè)備整體聯(lián)機(jī)控制及單機(jī)調(diào)試、設(shè)備安全保護(hù)等任務(wù)。

2.3 智能工作站工作流程設(shè)計

在確定采用西門子S7-200 CPU226CN AC/DC/RLY型PLC作為智能工作站的上位機(jī)和昆侖通態(tài)TCP7062KS系列觸摸屏作為人機(jī)交互設(shè)備后，設(shè)計智能工作站的工作流程如圖1所示。

3 項(xiàng)目實(shí)施

3.1 凱達(dá)CDCK-20A型全功能數(shù)控車床防護(hù)門系統(tǒng)的改裝

數(shù)控機(jī)床上下料智能工作站在自動工作的過程中要求數(shù)控機(jī)床的門能夠在工業(yè)機(jī)器人取料完成，準(zhǔn)備上料時及時開啟，在工業(yè)機(jī)器人下料完成移出數(shù)控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床開始加工之前及時關(guān)閉，并且控制動作要迅速，反應(yīng)要快、維護(hù)簡單，使用壽命長，可靠性高。因此，本項(xiàng)目在數(shù)控車床的防護(hù)門上安裝一臺減速電機(jī)，為了防止減速電機(jī)超行程工作，在數(shù)控車床門的中間和兩側(cè)，分別安裝了限位開關(guān)，用I0.6和I0.7作為PLC的輸入信號，Q0.4和Q0.5作為控制機(jī)床門開啟和關(guān)閉的給減速電機(jī)的信號。

3.2 智能工作站上位機(jī)信號處理

本項(xiàng)目設(shè)計選擇西門子S7-200 CPU226CN AC/DC/RLY型PLC作為上位機(jī)，控制工業(yè)機(jī)器人給數(shù)控機(jī)床完成上下料。因此需要將機(jī)床和機(jī)器人復(fù)位完成、機(jī)床門、卡盤等信號給到智能工作站的上位機(jī)。智能工作站上位機(jī)I/O分配表如表1所示，電氣原理圖如圖2所示。

3.3 智能工作站觸摸屏組態(tài)

數(shù)控機(jī)床上下料智能工作站采用昆侖通態(tài)TCP7062KS系列觸摸屏作為人機(jī)交互設(shè)備。通過組態(tài)觸摸屏畫面實(shí)現(xiàn)智能工作站的機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控和工作狀態(tài)的切換，并且為了防止誤操作，給觸摸屏添加了登錄界面，觸摸屏監(jiān)控數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人狀態(tài)界面如圖3所示。

4 存在的問題及解決措施

4.1 存在的問題

（1）數(shù)控機(jī)床采用CNC控制，并且在出廠時，部分程序?qū)嵭辛思用芴幚?，因此在控制中無法調(diào)用信號；

（2）項(xiàng)目采用外加PLC作為智能工作站控制的上位機(jī)的方式，但整體還是采用了硬件I/O通訊的方式，影響了系統(tǒng)部分功能的實(shí)現(xiàn)。

4.2 解決措施

在本項(xiàng)目繼續(xù)研究的過程中，可以嘗試應(yīng)用工業(yè)交換機(jī)加PROFIBUS總線通訊方式解決上述問題。

5 結(jié)束語

研究將數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人統(tǒng)一控制的智能工作站，不僅可以提高數(shù)控機(jī)床的工作效率，而且通過組態(tài)觸摸屏畫面，用戶可以實(shí)時監(jiān)控數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)

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