智能制造產(chǎn)線設(shè)計(jì)

1、智能制造產(chǎn)線設(shè)計(jì)摘要隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，智能制造技術(shù)在眾多的領(lǐng)域中進(jìn)行了應(yīng) 用，智能制造技術(shù)會(huì)逐步得到完善，滿足社會(huì)各界對(duì)于生產(chǎn)制造行業(yè)的需求，促 進(jìn)制造行業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)。本文以智能制造技術(shù)推廣應(yīng)用實(shí)際與發(fā)展需求為依據(jù)，按照“設(shè)備自動(dòng)化+ 生產(chǎn)精益化+管理信息化+人工高效化”的構(gòu)成理念，對(duì)數(shù)控加工設(shè)備、工業(yè)機(jī)器 人、總控PLC進(jìn)行了程序編制，可以完成總控PLC與數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人之間的信 號(hào)交互。總控PLC與機(jī)器人之間的通訊可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人對(duì)零件的夾取和放回; 總控PLC與數(shù)控機(jī)床之間的通訊可以實(shí)現(xiàn)工件的加工以及機(jī)床的開關(guān)門。從而使 工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、以及總控PLC形成智能制造

2、產(chǎn)線，完成工件的自動(dòng)生產(chǎn)。 關(guān)鍵詞智能制造；生產(chǎn)精益化；工業(yè)機(jī)器人第1章緒論1.1研究背景隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)于商品的使用效果和品質(zhì)的要求越來(lái) 越高，商品的復(fù)雜程度也有了很大的增強(qiáng)?，F(xiàn)在，一個(gè)手機(jī)的生產(chǎn)已經(jīng)涵蓋了注 塑、包裝、機(jī)器人、物流、仿真、軟件、信息管理、人工智能的所有復(fù)雜工程的 集成，產(chǎn)線變得更加的復(fù)雜。如今，大部分的工件生產(chǎn)線是由多臺(tái)普通機(jī)床和數(shù)控機(jī)床組合成的，其中大 部分工作由數(shù)控機(jī)床來(lái)完成，但是設(shè)備之間的協(xié)調(diào)程度存在著一定差異，而且大 多還采用一人一機(jī)的生產(chǎn)方式。但是工件的加工需要多道程序連續(xù)作業(yè)，因此會(huì) 造成工序流程長(zhǎng)，重復(fù)工作量大，人員多的狀況，這樣就會(huì)使生產(chǎn)效

3、率降低?，F(xiàn) 在的工件要求精度高、產(chǎn)量多，為了避免人類生產(chǎn)帶來(lái)的誤差，使工件精度更加 接近需求的精度，就需要智能制造產(chǎn)線進(jìn)行工件加工。技術(shù)先進(jìn)工業(yè)機(jī)器人集精密化、柔性化、智能化、軟件應(yīng)用開發(fā)等先進(jìn)制造 技術(shù)于一體，通過對(duì)制造過程實(shí)施檢測(cè)、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，實(shí)現(xiàn) 增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低成本、減少資源消耗和環(huán)境污染。技術(shù)升級(jí)工業(yè)機(jī)器 人與自動(dòng)化成套裝備具備精細(xì)制造、精細(xì)加工以及柔性生產(chǎn)等技術(shù)特點(diǎn)，是繼動(dòng) 力機(jī)械、計(jì)算機(jī)之后，出現(xiàn)的全面延伸人的體力和智力的新一代生產(chǎn)工具，是實(shí) 現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)字化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化以及智能化的重要手段。應(yīng)用領(lǐng)域廣泛工業(yè)機(jī)器 人與自動(dòng)化成套裝備是生產(chǎn)過程的關(guān)鍵設(shè)備，

4、可用于制造、安裝、檢測(cè)、物流等 生產(chǎn)環(huán)節(jié)，并廣泛應(yīng)用于汽車整車及汽車零部件、工程機(jī)械、軌道交通、低壓電 器、電力、IC裝備、軍工、煙草、金融、醫(yī)藥、冶金及印刷出版等眾多行業(yè)。 技術(shù)綜合性強(qiáng)工業(yè)機(jī)器人與自動(dòng)化成套技術(shù)，集中并融合了多項(xiàng)學(xué)科，涉及多項(xiàng) 技術(shù)領(lǐng)域，包括工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)、機(jī)器人動(dòng)力學(xué)及仿真、機(jī)器人構(gòu)建有限元 分析、激光加工技術(shù)、模塊化程序設(shè)計(jì)、智能測(cè)量、建模加工一體化、工廠自動(dòng) 化以及精細(xì)物流等先進(jìn)制造技術(shù)，技術(shù)綜合性強(qiáng)?，F(xiàn)在越來(lái)越多的企業(yè)依賴智能制造產(chǎn)線，比如化工、鋼鐵、食品飲料、煙草、 芯片制造、電子組裝、和零件的制造等，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工、裝配和檢測(cè)，一 些機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)件的生產(chǎn)也用

5、到了智能制造產(chǎn)線，比如軸承。很多企業(yè)的技術(shù)改造重 點(diǎn)，就是建立自動(dòng)化生產(chǎn)線。自動(dòng)化生產(chǎn)線可以分為剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線和柔性自 動(dòng)化生產(chǎn)線，柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線一般建立了緩沖。機(jī)器人在智能制造產(chǎn)線中可以 代替人工進(jìn)行工件的夾取和上下料，大大解放了人力。為了提高生產(chǎn)效率，工業(yè) 機(jī)器人在自動(dòng)化生產(chǎn)線上應(yīng)用越來(lái)越廣泛。1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r就我國(guó)自身來(lái)講，我國(guó)工業(yè)基礎(chǔ)處于落后的階段，大多數(shù)的制造企業(yè)過度依 賴人力進(jìn)行生產(chǎn)，工件生產(chǎn)的自動(dòng)化水平有待提高。我國(guó)在前期發(fā)展中很多方面 都受到經(jīng)濟(jì)的限制，我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的落后導(dǎo)致我國(guó)發(fā)展重心偏重于工業(yè)發(fā)展，主 要目的是希望能夠以最快的速度來(lái)提高我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平，提高

6、人們的生活質(zhì)量。此 外，我國(guó)智能裝備制造業(yè)產(chǎn)業(yè)缺乏配套支持，基礎(chǔ)相對(duì)較弱。我國(guó)裝備制造業(yè)已 位居全球行業(yè)前列，但是很多技術(shù)仍然落后于國(guó)際先進(jìn)水平。所以，我國(guó)在二十 世紀(jì)初期正式制定出臺(tái)裝備制造業(yè)調(diào)整和振興計(jì)劃這一計(jì)劃出臺(tái)之后，我國(guó) 政府對(duì)于智能制造裝備的資金扶持度越來(lái)越大，并且在2012年發(fā)布高端裝備 制造業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃。這一發(fā)展規(guī)劃為我國(guó)打下智能制造裝備未來(lái)的發(fā)展 目標(biāo)。目前，我國(guó)智能制造業(yè)正嚴(yán)格遵循這一發(fā)展規(guī)劃來(lái)進(jìn)行探究，目的是在未 來(lái)智能制造業(yè)的發(fā)展中取得更好的成績(jī)和發(fā)展。隨著新一代信息技術(shù)與制造業(yè)的深度融合，我國(guó)智能制造的發(fā)展取得了顯著 成效，據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，智能制造產(chǎn)業(yè)銷售收入

7、從2010年的3000億元增加到 2015年的1萬(wàn)億元，根據(jù)未來(lái)產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測(cè)，2022年智能制造裝備產(chǎn)業(yè)銷售 收入有希望突破到3萬(wàn)億元。以高檔數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、智能儀表為代表的 關(guān)鍵技術(shù)裝備取得積極進(jìn)展；智能制造裝備和先進(jìn)技術(shù)在重點(diǎn)行業(yè)不斷進(jìn)行推廣， 離散行業(yè)制造裝備的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化步伐加快，加快了流程型工業(yè)過程 控制和制造執(zhí)行系統(tǒng)的全面普及，關(guān)鍵技術(shù)流程的數(shù)控化有了很大提高；在典型 行業(yè)中探索、逐步形成了一些可以復(fù)制和推廣的智能制造新模式，為進(jìn)一步促進(jìn) 智能制造奠定了一定的基礎(chǔ)。目前，我國(guó)的智能制造行業(yè)雖然與美國(guó)、德國(guó)等國(guó)家尚有一些差距，我國(guó)目 前已經(jīng)意識(shí)到智能制造對(duì)行業(yè)的發(fā)展

8、的重要性，同時(shí)也加大了對(duì)智能制造的支持 力度。最近我國(guó)在機(jī)器人領(lǐng)域也取得了一定的進(jìn)步與發(fā)展，僅浙江省工業(yè)機(jī)器人 的密度就已經(jīng)達(dá)到每萬(wàn)人擁有五十二臺(tái)的程度。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展， 我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人密度迅速增長(zhǎng)。隨著我國(guó)對(duì)智能制造業(yè)研究的深入，結(jié)合美國(guó)、德國(guó)等國(guó)家的研究經(jīng)驗(yàn)，根 據(jù)我國(guó)的基本國(guó)情以及我國(guó)可持續(xù)化發(fā)展戰(zhàn)略的要求，制定了我國(guó)未來(lái)智能制造 行業(yè)發(fā)展的五大目標(biāo)：集成化、定制化、信息化、數(shù)字化以及綠色化。集成化是 要求在制造的過程中形成制造模型，提高制造效率；定制化是將智能制造向個(gè)性 化、扁平化的方向進(jìn)行發(fā)展信息化以及數(shù)字化是指在制造的過程中利用計(jì)算機(jī)、 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)等先進(jìn)的技

9、術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能制造、柔性制造的目標(biāo)，構(gòu)建群數(shù) 字化的管理方式綠色化是指在制造生產(chǎn)的過程中節(jié)約資源，減少對(duì)環(huán)境的污染， 使智能制造裝備的制造過程符合我國(guó)可持續(xù)性發(fā)展的原則。國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r金融危機(jī)以來(lái)，在尋求危機(jī)解決方案的過程中，美、德、日等國(guó)政府和相關(guān) 專業(yè)人士紛紛提出通過發(fā)展智能制造來(lái)重振制造業(yè)。2011年6月，美國(guó)正式啟 動(dòng)包括工業(yè)機(jī)器人在內(nèi)的“先進(jìn)制造伙伴計(jì)劃”，2012年2月美國(guó)發(fā)布了“先進(jìn)制 造業(yè)國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃”，其中提出要通過加強(qiáng)研究和試驗(yàn)減稅擴(kuò)大和優(yōu)化政府投資 構(gòu)建智能制造技術(shù)平臺(tái)，加快智能制造技術(shù)的創(chuàng)新。2012年設(shè)立美國(guó)制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)，并先后設(shè)立增材制造創(chuàng)新研究院和數(shù)字 化制造與設(shè)計(jì)

10、創(chuàng)新研究院。德國(guó)通過政府、弗勞恩霍夫研究所和各州政府合作投 資于數(shù)控機(jī)床、制造和工程自動(dòng)化行業(yè)應(yīng)用制造研究，于2013年正式實(shí)施以智 能制造為主體的“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，鞏固其制造業(yè)領(lǐng)先地位。日本提出通過加快發(fā) 展協(xié)同式機(jī)器人、無(wú)人化工廠提升制造業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。德國(guó)的生產(chǎn)制造行業(yè)是最受矚目的，也是發(fā)展水平最高的國(guó)家。因此，我們 在對(duì)歐盟智能制造裝備進(jìn)行研究和分析時(shí)，以德國(guó)的智能制造裝備研究為核心來(lái) 進(jìn)行詳細(xì)的分析和研究。就當(dāng)前來(lái)講，德國(guó)在2010年就已經(jīng)與歐盟其他國(guó)家聯(lián) 合進(jìn)行設(shè)計(jì)活動(dòng)，并且德國(guó)所參與的計(jì)劃已經(jīng)被稱為“工業(yè)4.0”計(jì)劃，德國(guó)當(dāng)前 的發(fā)展已經(jīng)有顯著的趨勢(shì)，并且在未來(lái)的智能發(fā)展也是非

11、常顯著的。在“工業(yè)4.0” 計(jì)劃中，主要是以德國(guó)的制造業(yè)來(lái)作為歐盟計(jì)劃之首，并且為這項(xiàng)計(jì)劃中的智能 制造裝備研究投入大量的資金支持，所以，當(dāng)前德國(guó)已經(jīng)將“工業(yè)4.0”計(jì)劃作為 國(guó)家統(tǒng)的戰(zhàn)略目標(biāo)。目前國(guó)外智能制造研究已經(jīng)較為成熟。自日本從美國(guó)引進(jìn)第一臺(tái)機(jī)器人之后，日本的經(jīng)濟(jì)得到了快速的發(fā)展，并且 帶動(dòng)工業(yè)需求量的不斷增多，使工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大?，F(xiàn)在日本已 經(jīng)成為擁有先進(jìn)工業(yè)機(jī)器人最多的國(guó)家之一。1.3.改進(jìn)及創(chuàng)新與傳統(tǒng)制造相比，智能制造系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：IMS不僅僅是一種“人工智 能”系統(tǒng)，而是一種人機(jī)集成的智能系統(tǒng)，是一種混合智能。同時(shí)，在運(yùn)行過程 中具有自診斷，自故障排除和自維護(hù)

12、能力。這使得智能制造系統(tǒng)能夠自我優(yōu)化適 應(yīng)更加復(fù)雜的環(huán)境。通過改進(jìn)，解放了人力，可以代替人類在危險(xiǎn)惡劣的環(huán)境下 進(jìn)行工作，安全可靠，并且可以無(wú)間斷工作，大大提高了效率，工業(yè)機(jī)器人的廣 泛應(yīng)用減少了人類經(jīng)濟(jì)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。1.4研究?jī)?nèi)容及方法研究?jī)?nèi)容1、掌握工業(yè)機(jī)器人編程及I/O通訊。2、掌握數(shù)控機(jī)床PMC與外部設(shè)備通訊。3、掌握西門子PLC編程方法及通訊方法。4、掌握工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床及料倉(cāng)集成為智能制造產(chǎn)線的方法。研究方法1、先收集資料，確定方案，確定選材。2、再擬定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。3、完成各部分程序編制，驗(yàn)證程序正確性。1.5本章小結(jié)本章分析了智能制造產(chǎn)線設(shè)計(jì)的研究背景，說(shuō)明了國(guó)內(nèi)外

13、的發(fā)展?fàn)顩r，說(shuō)明 了工業(yè)機(jī)器人的顯著特點(diǎn)，提出了工業(yè)機(jī)器人和生產(chǎn)線的應(yīng)用領(lǐng)域，最后對(duì)本課 題所需的研究?jī)?nèi)容和研究方法進(jìn)行了介紹。第2章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)智能制造產(chǎn)線主要是通過各個(gè)設(shè)備之間的相互連接以及有序的配合來(lái)代替 人工，實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)。本章通過對(duì)設(shè)備的選擇，操作流程的分析，以及讓總控 PLC作為中介來(lái)完成總體方案設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)的智能制造產(chǎn)線是用自動(dòng)化設(shè)備取代人工操作，操作員只需要在料 架放毛坯料以及從料架取走加工好的成品即可。機(jī)器人對(duì)毛坯料的夾取以及放回 均可以在無(wú)人狀態(tài)下進(jìn)行。具體要求：1、智能制造產(chǎn)線所加工成的零件精度達(dá)到要求。2、智能制造產(chǎn)線可以完成所要求的流程以及完成所有工序。3、分為

14、自動(dòng)控制和手動(dòng)控制，自動(dòng)模式下，生產(chǎn)線所有流程不需要人工參 與，手式下需要人工對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試。2.1設(shè)備選擇智能制造產(chǎn)線主要由數(shù)控機(jī)床，工業(yè)機(jī)器人以及總控PLC組成，數(shù)控機(jī)床主 要由數(shù)控車床、加工中心以及自動(dòng)化夾具組成；工業(yè)機(jī)器人部分包括快速手爪， 快速支架以及機(jī)器人導(dǎo)軌。下面對(duì)組成部分分別做出說(shuō)明：數(shù)控機(jī)床是對(duì)毛坯進(jìn)行加工的重要設(shè)備，本次選用的機(jī)床有以太網(wǎng)接口；提 供自動(dòng)化接口，能實(shí)現(xiàn)數(shù)控車床的遠(yuǎn)程啟動(dòng)、程序可上傳到車床內(nèi)存，能獲取機(jī) 床的狀態(tài)信息、機(jī)床的模式、主軸的位置信息并且留有與主控系統(tǒng)的I/O接口。 加工中心自動(dòng)化夾具和自動(dòng)門的控制與反饋信號(hào)可以直接接入機(jī)床自身的I/O 模塊，并且由

15、機(jī)床自身來(lái)控制可滿足零件所要求的加工精度。數(shù)控機(jī)床選擇的是 寶雞CK40數(shù)控車床和VMC850L加工中心。機(jī)器人是工件在料架與數(shù)控機(jī)床之間移動(dòng)的設(shè)備，工業(yè)機(jī)器人選用華數(shù) HSR-JR620L型機(jī)器人?？偪豍LC選用的是西門子S7-1200系列。工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控車床、加工中心三種設(shè)備是本文要實(shí)現(xiàn)智能制造產(chǎn)線的重 要設(shè)備，要實(shí)現(xiàn)整個(gè)的工作流程，設(shè)備之間必須有可靠的通訊以及接線PLC作 為控制中心，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與車床和加工中心之間的信號(hào)交互。2.2生產(chǎn)線總體設(shè)計(jì)生產(chǎn)線設(shè)備布局總控PLC負(fù)責(zé)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床之間的信號(hào)通訊，使機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn) 節(jié)拍能夠協(xié)調(diào)。數(shù)控車床與加工中心并列擺放，在數(shù)控車床與加

16、工中心前放置機(jī) 器人及導(dǎo)軌，機(jī)器人在導(dǎo)軌上進(jìn)行移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工件在數(shù)控車床和加工中心的上下 料過程。為了整個(gè)工作流程能夠有序平穩(wěn)地進(jìn)行將各個(gè)設(shè)備合理擺放。整個(gè)工作流程以總控PLC作為主控設(shè)備，總控PLC與機(jī)器人之間的通訊可 以傳遞取料、放料等信號(hào)，機(jī)器人從料架夾取毛坯料以及把工件放回料架。總控 PLC與數(shù)控車床和加工中心的通訊可以實(shí)現(xiàn)把毛坯料放入進(jìn)行加工及取出工件， 還可以給出數(shù)控機(jī)床開關(guān)門的指令。生產(chǎn)線運(yùn)作流程對(duì)智能制造產(chǎn)線運(yùn)作流程設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)最基本的是確保工作流程可以有序的進(jìn)行，各 個(gè)設(shè)備不發(fā)生碰撞。工作流程如圖2-2所示數(shù)控車床等待上料料架是否有料機(jī)器人是否空閑機(jī)器人將毛坯從料架送入 數(shù)控車床請(qǐng)

17、求添加毛坯料機(jī)器人繁忙數(shù)控車床開始加工圖2.2工作流程圖1、工件在料架與數(shù)控機(jī)床床之間的移動(dòng)通過機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。2、機(jī)器人從料架夾取毛坯后，從導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，把毛坯運(yùn)送至數(shù)控車床自動(dòng) 門門口，機(jī)器人把請(qǐng)求數(shù)控車床開門的信號(hào)傳遞給總控PLC；總控PLC接收到 此信號(hào)之后把此信號(hào)傳遞給數(shù)控車床，數(shù)控車床自動(dòng)門打開，數(shù)控車床把自動(dòng)門 已經(jīng)打開的信號(hào)傳遞給總控PLC；總控PLC把自動(dòng)門打開的信號(hào)傳給機(jī)器人， 機(jī)器人收到門已經(jīng)打開的信號(hào)后把毛坯放入數(shù)控車床，機(jī)器人把毛坯送入數(shù)控車 床，毛坯料靠近夾盤后，機(jī)器人把請(qǐng)求夾盤松開的信號(hào)傳遞給PLC；總控PLC 收到信號(hào)后傳遞給數(shù)控車床，數(shù)控車床收到信號(hào)后夾盤松開

18、，數(shù)控車床把夾盤松 開的信號(hào)傳遞給總控PLC；總控PLC收到信號(hào)后把夾盤松開的信號(hào)給到機(jī)器人， 機(jī)器人收到夾盤松開信號(hào)后把毛坯放入夾盤，機(jī)器人把請(qǐng)求夾盤夾緊的信號(hào)傳遞 給總控PLC； PLC收到信號(hào)后把信號(hào)傳遞給數(shù)控車床，數(shù)控車床收到信號(hào)后夾 盤夾緊，數(shù)控車床把夾盤夾緊的信號(hào)傳給總控PLC； PLC把此信號(hào)傳給機(jī)器人， 機(jī)器人收到信號(hào)后松開毛坯退出數(shù)控車床，機(jī)器人把請(qǐng)求自動(dòng)門關(guān)門信號(hào)給PLC； 此信號(hào)PLC傳遞給數(shù)控車床，數(shù)控車床收到信號(hào)后自動(dòng)門門關(guān)閉，機(jī)器人在安 全位置等待。3、數(shù)控車床加工完成后，數(shù)控車床把加工完成的信號(hào)發(fā)給總控PLC； PLC 收到信號(hào)后，把信號(hào)傳遞給機(jī)器人，機(jī)器人收到信

19、號(hào)后去夾取經(jīng)過數(shù)控車床加工 的毛坯，機(jī)器人到達(dá)車床自動(dòng)門口，把請(qǐng)求開門到加工中心門口通訊信號(hào)傳遞給 總控PLC請(qǐng)求開門，總控PLC接收到此信號(hào)之后把此信號(hào)傳遞給數(shù)控車床，數(shù) 控車床自動(dòng)門打開，數(shù)控車床把自動(dòng)門已經(jīng)打開的信號(hào)傳遞給總控PLC；總控 PLC把自動(dòng)門打開的信號(hào)傳給機(jī)器人，機(jī)器人收到門已經(jīng)打開的信號(hào)后去夾取毛 坯料，毛坯經(jīng)機(jī)器人夾取后運(yùn)到加工中心，機(jī)器人把請(qǐng)求開門的信號(hào)傳給總控 PLC； PLC把此信號(hào)傳遞給加工中心，門打開，機(jī)器人把毛坯放入加工中心，機(jī) 器人把毛坯送進(jìn)去機(jī)器人松開毛坯退出加工中心，發(fā)信號(hào)給PLC請(qǐng)求加工中心 關(guān)門，此信號(hào)通過PLC給加工中心，加工中心門關(guān)閉，機(jī)器人在安

20、全位置等待， 加工完成，加工中心發(fā)信號(hào)給PLC，此信號(hào)通過PLC傳遞給機(jī)器人，機(jī)器人夾 取工件放回到料架。一個(gè)工件加工完成。2.3本章小結(jié)本章主要介紹了智能制造產(chǎn)線設(shè)備的選擇介紹了所選的車床和加工中心，在 通信控制方面，主要以PLC為中間設(shè)備，實(shí)現(xiàn)PLC與機(jī)器人以及PLC與數(shù)控車 床和加工中心之間的信號(hào)通訊。在生產(chǎn)線的布局設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)了其基本工作流 程，對(duì)整個(gè)零件的上料，下料以及機(jī)器人的夾取放回進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)說(shuō)明，對(duì)生 產(chǎn)線進(jìn)行了布局設(shè)計(jì)。第3章工業(yè)機(jī)器人程序設(shè)計(jì)由第2章整個(gè)智能制造產(chǎn)線的流程運(yùn)作可以知道，工件在料架與數(shù)控機(jī)床之 間的移動(dòng)通過機(jī)器人來(lái)實(shí)現(xiàn)。機(jī)器人作為整套設(shè)備不可或缺的設(shè)備，在

21、整個(gè)工作 流程中起著至關(guān)重要的作用，本章對(duì)機(jī)器人進(jìn)行詳細(xì)介紹與說(shuō)明。3.1工業(yè)機(jī)器人簡(jiǎn)介工業(yè)機(jī)器人是一種面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)械裝置。它能 自動(dòng)工作，是一種依靠自身的動(dòng)力和控制能力實(shí)現(xiàn)各種功能的機(jī)器。它能接受人 類的指令，按預(yù)先安排的程序運(yùn)行?，F(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人也可以根據(jù)人工智能技術(shù)制 定的原理程序來(lái)進(jìn)行工作。歐洲和日本占據(jù)量較大，瑞士 ABB、德國(guó)庫(kù)卡(KUKA)、日本(FANUC)、 YASKAWA占國(guó)內(nèi)60%-80%。在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域有著深入的研究以及創(chuàng)新能力， 并且有著自己各具特色的創(chuàng)新路線和產(chǎn)品。德國(guó)工業(yè)機(jī)器人的研究以及應(yīng)用在世 界上處于領(lǐng)先地位。我國(guó)初期在機(jī)器人領(lǐng)域的研

22、究主要集中在高校和科研院所，但隨著我國(guó)機(jī)器 人市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，工業(yè)機(jī)器人的研究和創(chuàng)新逐漸由高校和科研院所向企業(yè)轉(zhuǎn)移， 因?yàn)榇蠖鄶?shù)企業(yè)都是在小批量生產(chǎn)中生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人的核心部件。因此，我國(guó)機(jī) 器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向是培育具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的企業(yè)，促進(jìn)中小企業(yè)的發(fā)展。先進(jìn)技術(shù)工業(yè)機(jī)器人集精密、柔性、智能、軟件應(yīng)用開發(fā)等先進(jìn)制造技術(shù)于 一體。通過對(duì)過程的檢測(cè)、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策的實(shí)施，可以增加產(chǎn) 量，提高質(zhì)量，降低成本，減少資源消耗和環(huán)境污染，是工業(yè)自動(dòng)化水平的最高 體現(xiàn)。技術(shù)升級(jí)型工業(yè)機(jī)器人和成套自動(dòng)化設(shè)備具有精細(xì)制造、精細(xì)加工、柔性 生產(chǎn)的技術(shù)特點(diǎn)。它們是繼動(dòng)力機(jī)械和計(jì)算機(jī)之后，全面延伸人的體

23、力和智力的 新一代生產(chǎn)工具。它們是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)字化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的重要手段。 廣泛應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人和成套自動(dòng)化設(shè)備是關(guān)鍵設(shè)備，可用于制造、安裝、檢測(cè)、 物流等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，廣泛應(yīng)用于汽車及汽車零部件、工程機(jī)械、軌道交通、低壓電 器、電力、集成電路設(shè)備、軍工、煙草、金融、醫(yī)藥、冶金、印刷出版等多個(gè)行 業(yè)，具有廣闊的應(yīng)用前景。工業(yè)機(jī)器人及其自動(dòng)化技術(shù)是一門綜合性的學(xué)科。它 集成了多個(gè)學(xué)科，涉及多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，包括工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)、機(jī)器人動(dòng)力學(xué) 與仿真、機(jī)器人結(jié)構(gòu)有限元分析、激光加工技術(shù)、模塊化程序設(shè)計(jì)、智能測(cè)量、 建模與加工集成、工廠自動(dòng)化、精細(xì)物流等先進(jìn)的系統(tǒng)技術(shù)是全面的。3.2工業(yè)機(jī)器人選

24、擇機(jī)器人程序啟動(dòng)后，先在導(dǎo)軌上移動(dòng)去料架夾取毛坯料，夾取毛坯后把毛坯 放入車床進(jìn)行第一道程序的加工，數(shù)控車床加工完后機(jī)器人夾取經(jīng)過加工的毛坯 料放入加工中心進(jìn)行第二道程序的加工，加工完成后，機(jī)器人夾取工件放回到料 架。在這種產(chǎn)線設(shè)計(jì)中機(jī)器人替換工件的手動(dòng)裝載和卸載，機(jī)器人抓取毛坯料的 過程需要精確，必須確保機(jī)器人按照規(guī)定路徑移動(dòng)，在夾取過程中也要確保機(jī)器 人不與其他設(shè)備發(fā)生碰撞。華數(shù)機(jī)器人從成立以來(lái)，以自主創(chuàng)新為己任，以數(shù)控技術(shù)為基礎(chǔ)，以質(zhì)量為 生命，以產(chǎn)品創(chuàng)新為核心，以市場(chǎng)應(yīng)用為導(dǎo)向，以企業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)為目標(biāo)，打造國(guó) 家品牌工業(yè)機(jī)器人。華舒機(jī)器人注重工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)和整機(jī)性能及可靠性。華 曙機(jī)器

25、人擁有一系列機(jī)器人，負(fù)載范圍為3kg-21kg產(chǎn)品，充分滿足了不同行業(yè) 裝卸、焊接等細(xì)分行業(yè)的不同需求。華舒機(jī)器人是國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品研發(fā)、制 造和應(yīng)用的領(lǐng)先品牌，機(jī)器人自動(dòng)化解決方案的專業(yè)工程承包商，智能制造和智 能工廠整體解決方案的專業(yè)提供商。目前，華舒機(jī)器人已掌握機(jī)器人的4個(gè)關(guān)鍵 部件，6個(gè)系列30多個(gè)完整機(jī)器人，攻克了一批核心技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)，形成了 300多項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。它已廣泛應(yīng)用于家電、3C、五金、汽車零部件、裝配、 機(jī)械加工等領(lǐng)域，在某些細(xì)分市場(chǎng)上具有與四大家用機(jī)器人競(jìng)爭(zhēng)的能力。 HSR-JR620L型機(jī)器人結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動(dòng)速度快，具有較高重復(fù)定位精度和軌跡跟 蹤精度。表3-1

26、HSR-JR620L型機(jī)器人各關(guān)節(jié)指標(biāo):自由度6負(fù)載20kg最大工作半徑1848mm重復(fù)定位精度土 0.06mm運(yùn)動(dòng)范圍J1 軸 160J2 軸-175 /+75J3 軸 +40 /+265J4 軸 180J5 軸 125J6 軸 360J1 軸 88 /s ,1.53rad/sJ2 軸 66 /s ,1.15 rad/s額定速度J3 軸 120 /s , 2.09 rad/sJ4 軸 178 /s, 3.11 rad/sJ5 軸 178 /s, 3.11 rad/sJ6 軸 225 /s , 3.93 rad/s最高速度J1 軸 96 /s , 1.68 rad/sJ2 軸 88 /s ,1

27、.53 rad/sJ3 軸 19 /s , 3.35 rad/sJ4 軸 287 /s , 5.18 rad/sJ5 軸 297 /s ,5.18 rad/sJ6 軸 375 /s, 6.54 rad/s本體重量305kg華數(shù)Hspad示教器是用于華數(shù)工業(yè)機(jī)器人的手持編程器具有使用華數(shù)工業(yè) 機(jī)器人所需的各種操作和顯示功能。表3-2華數(shù)Hspad示教器介紹標(biāo)簽項(xiàng)說(shuō)明1用于調(diào)出連接控制器的鑰匙開關(guān)。只有插入 鑰匙后，狀態(tài)才可以被轉(zhuǎn)換。2緊急停止按鍵3點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行鍵4用于設(shè)定程序調(diào)節(jié)量的按鍵5用于設(shè)定手動(dòng)調(diào)節(jié)量的按鍵6菜單按鈕7暫停按鈕8停止鍵9預(yù)留10開始運(yùn)行鍵11輔助按鍵3.3工業(yè)機(jī)器人的工作流程本

28、文所設(shè)計(jì)的機(jī)器人上下料運(yùn)作流程圖如下程序啟動(dòng)圖3.3工作流程圖工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)包括各個(gè)關(guān)節(jié)軸的運(yùn)動(dòng)以及手爪的開合，這些動(dòng)作通過運(yùn) 行在工業(yè)機(jī)器人的程序驅(qū)動(dòng)執(zhí)行。機(jī)器人程序啟動(dòng)后，開始依據(jù)事先設(shè)定好的程 序進(jìn)行工作，首先工業(yè)機(jī)器人在立式料架夾取毛坯料后通過在導(dǎo)軌上移動(dòng)把毛坯 料送入數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，機(jī)床卡盤夾緊后，機(jī)器人退出機(jī)床，在機(jī)床外安全位 置等待，等毛坯料加工完成之后機(jī)器人將經(jīng)過加工的毛坯料放到加工中心進(jìn)行加 工，加工完成后機(jī)器人將加工完成的工件放回料架，之后再夾取另一個(gè)毛坯料， 循環(huán)就此完成一盤工件的加工。3.4工業(yè)機(jī)器人的程序設(shè)計(jì)機(jī)器人程序編制完成以后，打開到自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，機(jī)器人開始工

29、作，機(jī)器人 從料倉(cāng)夾取毛坯料。機(jī)器人夾取后再經(jīng)過各個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)到車床門口，通過PLC給數(shù)控車床請(qǐng)求上 料的信號(hào)，車床得到上料請(qǐng)求信號(hào)后進(jìn)行上料作業(yè)，執(zhí)行車床門打開的程序步驟， 此時(shí)機(jī)器人進(jìn)行上料，機(jī)床通過PLC得到卡盤松開指令，機(jī)器人上料，將毛坯料 放入卡盤，機(jī)床通過PLC得到卡盤夾緊指令，機(jī)器人氣爪松開，同時(shí)給PLC 上料 完成的信號(hào)，此信號(hào)給到車床，機(jī)器人上料動(dòng)作完成后，退出機(jī)床，此時(shí)給PLC 一個(gè)已退回安全位置的信號(hào)并到安全位置等待，機(jī)床通過接收信號(hào)后自動(dòng)門關(guān)閉， 對(duì)毛坯料進(jìn)行加工，執(zhí)行車床的加工程序。毛坯料加工完成后，數(shù)控機(jī)床給PLC加工完成信號(hào)，機(jī)床自動(dòng)門打開，機(jī)器 人夾取未加工完成零

30、件，給PLC信號(hào)，PLC給加工中心信號(hào);機(jī)器人上料，將毛 坯料放入加工中心門口，通過PLC給加工中心請(qǐng)求上料的信號(hào)，加工中心得到上 料請(qǐng)求信號(hào)后進(jìn)行上料作業(yè)，執(zhí)行車床門打開的程序步驟，此時(shí)機(jī)器人進(jìn)行上料， 同時(shí)給PLC 上料完成的信號(hào)，此信號(hào)給到加工中心機(jī)器人上料動(dòng)作完成后，退出 加工中心，此時(shí)給PLC 一個(gè)已退回安全位置的信號(hào)并到安全位置等待;加工中心 通過接收信號(hào)后自動(dòng)門關(guān)閉，對(duì)毛坯料進(jìn)行加工，執(zhí)行加工中心的加工程序。毛 坯料加工完成后，加工中心給PLC加工完成信號(hào)，機(jī)床自動(dòng)門打開，PLC給機(jī)器 人加工完成信號(hào)，機(jī)器人夾取工件放到料架，加工完成。再夾取另一個(gè)毛坯料， 循環(huán)就此完成加工。表3

31、-3機(jī)器人發(fā)給總控PLC的信號(hào)表PLCmodbus機(jī)功變定義功值說(shuō)明通訊地址器能量能人類內(nèi)型機(jī)器 人發(fā) 給總 控 PLC部地址88寫int機(jī)器人狀態(tài)（系統(tǒng)數(shù)據(jù)）機(jī)器人狀態(tài)99寫int機(jī)器人 home 位（第2參 考點(diǎn)）確 認(rèn)（系統(tǒng)數(shù)據(jù)）機(jī)器人home位1010寫int機(jī)器人模式（系統(tǒng)數(shù)據(jù)）機(jī)器人模式1111寫int機(jī)器人 運(yùn)行狀 態(tài)忙/空 閑IR90 0:空閑 1：忙1212寫int取料位置響應(yīng)IR111313寫int放料位置響應(yīng)IR121414寫int設(shè)備號(hào)相應(yīng)IR131616寫intIR243:車窗松開4：車床夾緊5：銑床 夾具1松開6：銑床夾具1加緊7：機(jī)床 啟動(dòng)8：報(bào)警9： RFID完

32、成11:車床放 料完成12：車床取料完成13： CNC放料 完成14： CNC取料完成15：料倉(cāng)放料完 成16：銑床夾具2松開17：銑床夾具2 夾緊表3Y總控PLC發(fā)給機(jī)器人的信號(hào)表PLCmodbus 通 訊地址機(jī)器 人內(nèi) 部地 址功能變量類型定義功能值說(shuō)明總控PLC發(fā)給機(jī)器人11讀int取料位IR1522讀int放料位IR1633讀int設(shè)備號(hào)IR171:車床2：銑床55讀int車床安全門IR190 :打開1：關(guān)閉66讀int加工中心安 全門IR20 0：打開1：關(guān)閉77讀int手爪類型IR2188讀int外部使能信 號(hào)外部使能保持1010讀int確認(rèn)信號(hào)IR251111讀int車床卡盤信

33、號(hào)IR26 0：打開1：關(guān)閉1212讀intCNC卡盤信號(hào)IR271：夾具1打開2：夾 具1關(guān)閉3：夾具2打開4： 夾具2關(guān)閉1313讀int取料產(chǎn)品型 號(hào)IR281414讀int放料產(chǎn)品型 號(hào)IR291616讀int外部模式啟動(dòng)信號(hào)（下降沿有效）1：加載程序2：開始運(yùn)行程 序3：暫停運(yùn)行程序4：回 復(fù)運(yùn)行程序工業(yè)機(jī)器人上下料部分程序如下所示：0 START車取IF IR13=1 AND IR11=0 AND IR120 THEN 設(shè)備號(hào)響應(yīng) 取料位置 響應(yīng)放料位置響應(yīng)MOVE EXT_AXES ER3車床位置DELAY EXT_AXES 10CALL B車床取料子程序IR4=3機(jī)器人步驟寄存

34、器SLEEP 100END IF銑取IF IR13=2 AND IR11=0 AND IR120 THEN 設(shè)備號(hào)響應(yīng) 取料位置 響應(yīng)放料位置響應(yīng)MOVE EXT_AXES ER4銑床位置DELAY EXT_AXES 10CALL C加工中心取料IR4=3SLEEP 100END IFEND IF車放IF IR4=2 THENIF IR13=1 AND IR12=0 THEN 設(shè)備號(hào)響應(yīng) 放料位置響應(yīng)MOVE EXT_AXES ER3車床位置DELAY EXT_AXES 10 車床放料子程序CALL B1車床放料子程序SLEEP 100GOTO LABEL1END IF銑放IF IR13=2

35、AND IR12=0 THEN 設(shè)備號(hào)響應(yīng) 放料位置響應(yīng)MOVE EXT_AXES ER4銑床位置DELAY EXT_AXES 10CALL C1 加工中心放料SLEEP 100GOTO LABEL1END IF31END IF放料IF IR4=3 THENIF IR120 THEN 放料位置響應(yīng)MOVE EXT_AXES ER2料倉(cāng)取放位置DELAY EXT_AXES 10CALL D 調(diào)用料倉(cāng)放料SLEEP 100GOTO LABEL1END IFEND IFEND3.5本章小結(jié)本章首先對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行了簡(jiǎn)介，其次對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行了選擇，本文選 擇了華數(shù)機(jī)器人，對(duì)機(jī)器人的運(yùn)作流程進(jìn)行了設(shè)計(jì)

36、，并對(duì)機(jī)器人運(yùn)作方式進(jìn)行編 程設(shè)計(jì)，機(jī)器人與PLC之間的信號(hào)交互，詳細(xì)說(shuō)明了了機(jī)器人的上下料，給出PLC 與工業(yè)機(jī)器人之間的信號(hào)交互。第4章數(shù)控機(jī)床PLC設(shè)計(jì)4.1數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)介數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床，是數(shù)字控制機(jī)床的簡(jiǎn)稱，它能夠 根據(jù)已經(jīng)編程好的程序加工所需要的零件。數(shù)控機(jī)床的基本組成包括加工程序載 體、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)床主體和其他輔助裝置。數(shù)控機(jī)床解決了零 件加工數(shù)量多的問題，是一種柔性、高效的自動(dòng)化機(jī)床，它代表了現(xiàn)代機(jī)床控制 技術(shù)的發(fā)展方向，是一種機(jī)電一體化產(chǎn)品。如今已經(jīng)被大規(guī)模的使用，大大的提 高了工廠生產(chǎn)零件的效率。與普通機(jī)床相比較，數(shù)控機(jī)床有以下特點(diǎn)：對(duì)所需加

37、 工零件的適應(yīng)性強(qiáng)，適應(yīng)產(chǎn)品的單件生產(chǎn)，提供了適合單件產(chǎn)品的加工方法；加 工精度高，加工質(zhì)量好；可以進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)，能夠加工更加復(fù)雜的零件；加 工不同的零件時(shí)，一般只需要更改編程的數(shù)控程序，這樣就可以節(jié)省大量的時(shí)間； 機(jī)床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)效率高；機(jī)床自動(dòng)化 程度高，可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度；有利于現(xiàn)在的生產(chǎn)管理。數(shù)控機(jī)床采用了計(jì)算機(jī)的 控制方法，為計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)、制造及管理一體化奠定了一定的基礎(chǔ)。與傳統(tǒng)機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床具有以下特點(diǎn)：靈活性高：在數(shù)控機(jī)床上加工零 件主要依靠加工程序，不同于普通機(jī)床。它不需要制造、更換許多模具和夾具， 也不需要頻繁調(diào)整機(jī)床；加工精度高

38、：數(shù)控機(jī)床加工精度一般可達(dá)0.05-0.1mm， 數(shù)控機(jī)床以數(shù)字信息為基礎(chǔ)，數(shù)控裝置每次輸出脈沖信號(hào)，機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件都會(huì)產(chǎn) 生脈沖當(dāng)量（一般為0.001mm），機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈反向間隙與螺距的平均誤差可 以由數(shù)控裝置補(bǔ)償。因此，數(shù)控機(jī)床的定位精度較高，加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠：加工 同一批零件，在同一機(jī)床上，在相同的加工條件下，使用相同的刀具和加工程序， 刀具軌跡完全相同，零件一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定；生產(chǎn)率高：數(shù)控機(jī)床能有效縮短 零件的加工時(shí)間和輔助時(shí)間，數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量范圍大，允許機(jī)床進(jìn) 行大切削量強(qiáng)切削。數(shù)控機(jī)床正進(jìn)入高速加工時(shí)代。數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的快速移 動(dòng)和定位以及高速加工大大提高了生產(chǎn)率。

39、另外，與加工中心的刀庫(kù)配合使用， 可實(shí)現(xiàn)在一臺(tái)機(jī)床上進(jìn)行多道工序的連續(xù)加工，減少了半成品的工序間周轉(zhuǎn)時(shí)間， 提高了生產(chǎn)率。改善工作條件：數(shù)控機(jī)床在加工前是經(jīng)過調(diào)整后，輸入程序并啟 動(dòng)，機(jī)床可自動(dòng)連續(xù)加工至加工結(jié)束。操作者要做的就是輸入和編輯程序，裝卸 零件，準(zhǔn)備刀具，觀察加工狀態(tài)，檢查零件。大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，使機(jī)械操作 人員的勞動(dòng)趨于智能化。另外，機(jī)床一般是結(jié)合起來(lái)，既清潔，又安全。隨著生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化和數(shù)控機(jī)床的加工，可以提前準(zhǔn)確估計(jì)加工時(shí)間，規(guī)范使用工裝 夾具。隨著管理的現(xiàn)代化，機(jī)械加工信息的標(biāo)準(zhǔn)化很容易實(shí)現(xiàn)。它與計(jì)算機(jī)輔助 設(shè)計(jì)和制造有機(jī)結(jié)合，是現(xiàn)代集成制造技術(shù)的基礎(chǔ)。數(shù)控系統(tǒng)的選擇數(shù)

40、控機(jī)床選用寶雞CK40數(shù)控車床和VMC850L加工中心，表4.1 CK40數(shù)控車床技術(shù)規(guī)格:項(xiàng)目單位CK40加工范圍床身上最大回轉(zhuǎn)直徑mm400床鞍上最大回轉(zhuǎn)直徑mm260最大車削長(zhǎng)度mm400最大車削直徑mm285最大棒料直徑mm42主軸液壓卡盤直徑mm165主軸頭型式A2-5(GB/T5900.1)主軸通孔直徑mm57主軸轉(zhuǎn)速r/min70-3000主電機(jī)功率kW7.5尾座套筒直徑或行程mm70/80床鞍傾斜角度DEG45移動(dòng)距離X/Zmm165/410快速移動(dòng)速度X/Zm/min12/16刀架刀位數(shù)8/12刀具尺寸（車削、鏜孔）mm20*20/30其它電源kvA35體積（長(zhǎng)*寬*高）mm

41、2370*1670*1970總重量Kg3000CK40數(shù)控車床是引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)制造的具有國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平的車床，能滿 足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)中高檔數(shù)控車床的需求。本機(jī)床是一種剛性高、精度高、精度保持 性好、生產(chǎn)效率高、操作方便、外形美觀、理想的三防泄漏數(shù)控機(jī)床。床身、底座、鞍座、滑板采用高強(qiáng)度鑄鐵；高剛性、寬矩形淬火導(dǎo)軌；主軸采用HRB大直 徑精密角接觸推力球軸承和雙列圓柱滾子軸承組合布置；刀架精度高、剛性好、 刀具選擇短機(jī)床注重邊緣技術(shù)設(shè)計(jì)，保護(hù)可靠。表4-2 VMC850L加工中心技術(shù)規(guī)格:技術(shù)規(guī)格單位VMC850L工作臺(tái)工作臺(tái)面積(寬*長(zhǎng))mm500*1000T型槽mm5-18*90允許負(fù)載kg45

42、0主軸主軸錐孔/ISO40主軸電機(jī)功率kW7.5/11主軸最高轉(zhuǎn)速r/min8000行程X軸左右行程mm800Y軸前后行程mm500Z軸上下行程mm500主軸端至工作臺(tái)面距 離mm80-680主軸中心至立柱導(dǎo)軌距離mm560進(jìn)給X、Y軸快速移動(dòng)速度m/mn32Z軸速移動(dòng)速度m/min20最大切削進(jìn)給速度mm/min10000刀庫(kù)刀庫(kù)容量pcs16/20/24最大刀具重量g8精度定位精度(GB/T18400-2010)mm0.014/0.014/0.020重復(fù)定位精度(GB/T18400-2010)mm0.010/0008/0.013機(jī)床凈重kg6000外形尺寸mm2700*2500*2650V

43、MC850L 立式加工中心，是一種三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)、性價(jià)比高的數(shù)控加工機(jī)床。適用于加工精度和生產(chǎn)率要求較高的零件。它可以完全消除一些特殊的夾具和標(biāo) 記工藝，大大降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。主軸采用專業(yè)廠家生產(chǎn)的精密主軸單元，主 軸軸承均為世界知名高精度品牌，緊密接觸推力球軸承保證主軸的高精度和高剛 度；機(jī)床的I/O部分采用印刷電路板與數(shù)控部分高度集成，大大降低了故障率， 使布線整齊，結(jié)構(gòu)合理。數(shù)控車床和加工中心都使用華中數(shù)控系統(tǒng)。華中8型智能數(shù)控系統(tǒng)是華中數(shù) 控2010年通過自主創(chuàng)新，研發(fā)的新一代基于多處理器的總線型高檔數(shù)控系統(tǒng)。 系統(tǒng)充分發(fā)揮多處理器的優(yōu)勢(shì)，在不同的處理器分別執(zhí)行HMI、數(shù)控核心軟件 及P

44、LC，充分滿足運(yùn)動(dòng)控制和高速PLC控制的強(qiáng)實(shí)時(shí)性要求，HMI操作安全、 友好。采用總線技術(shù)突破了傳統(tǒng)伺服在高速高精時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i，在極高精度 和分辨率的情況下可獲得更高的速度，極大提高了系統(tǒng)的性能。系統(tǒng)采用3D實(shí) 體顯示技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控和顯示加工過程，直觀地保證了機(jī)床的安全操作。華中8型智能數(shù)控系統(tǒng)NCUC高速現(xiàn)場(chǎng)總線，多通道、多軸聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)， 納米插補(bǔ)技術(shù)，前瞻預(yù)讀功能，小線段高速平滑，雙軸同步控制，刀具空間長(zhǎng)度 補(bǔ)償（RTCP），復(fù)合加工，誤差補(bǔ)償，對(duì)話式式編程。華中數(shù)控系統(tǒng)除了功能、 性能、可靠性、開放性高等優(yōu)點(diǎn)外，其在機(jī)床上安裝接線也比國(guó)外數(shù)控簡(jiǎn)單、整 潔。華中8型智能數(shù)控系統(tǒng)輔助功能

45、S指令：直接指定主軸轉(zhuǎn)速的方法主軸 功能S控制主軸轉(zhuǎn)速，其后的數(shù)值表示主軸速度，單位為轉(zhuǎn)/分鐘（r/min）。用代 碼指定主軸轉(zhuǎn)速的方法在有些機(jī)械變檔的車床中，通過在S后指定一個(gè)數(shù)值， 則給機(jī)床輸入一個(gè)代碼信號(hào)，由此來(lái)控制機(jī)床端的主軸轉(zhuǎn)速。T指令：T代碼用 于選刀，其后的數(shù)值表示選擇的刀具號(hào)，代碼與刀具的關(guān)系是由機(jī)床制造廠規(guī)定 的。銑削系統(tǒng)（M系列）在加工中心上執(zhí)行T指令即給機(jī)床輸入一個(gè)代碼信號(hào) 或選通脈沖信號(hào)，由此來(lái)控制刀庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)至所選擇的刀具，然后等待，直到M06 指令作用時(shí)自動(dòng)完成換刀。車削系統(tǒng)（T系列）T代碼用于選刀和換刀，其后 的數(shù)字表示選擇的刀具號(hào)和刀具補(bǔ)償號(hào)。同一把刀可以對(duì)應(yīng)多個(gè)刀

46、具補(bǔ)償；也可 以多把刀對(duì)應(yīng)一個(gè)刀具補(bǔ)償。執(zhí)行T指令，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)塔刀架，選用指定的刀具。同 時(shí)調(diào)入刀補(bǔ)寄存器中的補(bǔ)償值（刀具的幾何補(bǔ)償值即偏置補(bǔ)償與磨損補(bǔ)償之和）。 執(zhí)行T指令時(shí)并不立即產(chǎn)生刀具移動(dòng)動(dòng)作，而是當(dāng)后面有移動(dòng)指令時(shí)一并執(zhí)行。 當(dāng)一個(gè)程序段同時(shí)包含T代碼與刀具移動(dòng)指令時(shí)：先執(zhí)行T代碼指令，而后執(zhí) 行刀具移動(dòng)命令。4.2數(shù)控機(jī)床工作流程數(shù)控機(jī)床工作流程圖如圖4.1所示:圖4.1數(shù)控機(jī)床工作流程圖數(shù)控車床等待機(jī)器人從料架夾取毛坯料，等機(jī)器人把毛坯料送到車床自動(dòng)門 口時(shí)，機(jī)器人先把請(qǐng)求開門的信號(hào)發(fā)給總控PLC，再由PLC把此信號(hào)發(fā)給車床， 車床自動(dòng)門打開，車床把打開門的信號(hào)通過PLC發(fā)給機(jī)器人，

47、機(jī)器人得到命令把 毛坯放入車床，等夾盤夾緊后，機(jī)器人退出車床，并在安全位置等待加工，等車 床加工完成后，把加工完成的信號(hào)給PLC，再由PLC把此信號(hào)發(fā)給機(jī)器人，機(jī)器 人去夾取經(jīng)加工的毛坯機(jī)器人把經(jīng)加工的毛坯送到加工中心自動(dòng)門口，機(jī)器人先把請(qǐng)求開門的信號(hào) 發(fā)給總控PLC；再由PLC把此信號(hào)發(fā)給加工中心，加工中心自動(dòng)門打開，加工中 心把打開門的信號(hào)通過PLC發(fā)給機(jī)器人，機(jī)器人得到命令把毛坯放入加工中心， 機(jī)器人退出加工中心，并在安全位置等待加工，等加工中心加工完成后，把加工 完成的信號(hào)給PLC，再由PLC把此信號(hào)發(fā)給機(jī)器人，機(jī)器人去夾取工件，將工件 放回到料架。再夾取另一個(gè)毛坯料，循環(huán)上述過程完成

48、加工。上述過程中，毛坯料在數(shù)控車床和加工中心之間的移動(dòng)通過機(jī)器人夾取；門 開、門關(guān)、加工前的準(zhǔn)備以及加工完成的信號(hào)通過總控PLC傳遞4.3數(shù)控機(jī)床程序設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床程序編制：CNC機(jī)床是按事先編好的加工程序進(jìn)行零件加工的。 程序編制的好壞直接影響零件加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和刀具壽命等。一個(gè)好的編程員 應(yīng)該是一個(gè)好的工藝員、設(shè)備員和能熟練掌握、靈活運(yùn)用CNC機(jī)床編程功能的 操作員。所謂程序編制，就是編程員根加工零件的圖樣和加工工藝，將零件加工 的工藝過程、工藝參數(shù)、加工路線以及加工中需要?jiǎng)?作，如換刀、冷卻、夾緊、 主軸正反轉(zhuǎn)等，按照加工順序和所用CNC機(jī)床規(guī)定的指令代及程序格式變成加 工程序單。再將程

49、序單中的全部?jī)?nèi)容輸入到數(shù)控裝置中，從而指揮CNC床加工。 這種根據(jù)零件圖樣和加工工藝轉(zhuǎn)換成數(shù)控語(yǔ)言并輸入到數(shù)控裝置的過程稱為數(shù) 控加工的程序編制。輔助功能：M指令輔助功能代碼由地址字M及其后的數(shù)字組成，主要用于控制零件程序的走 向機(jī)床各種輔助開關(guān)動(dòng)作以及指定主軸啟動(dòng)、主軸停止、程序結(jié)束等輔助功能。表4-3 PLC部分通用M代碼M00程序暫停M01選擇停M02程序結(jié)束M03主軸順時(shí)針轉(zhuǎn)M04主軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)M05主軸停止旋轉(zhuǎn)M06換刀M19指令主軸定向M20指令取消主軸定向M30程序結(jié)束并返回M93程序暫停M98子程序調(diào)用M99子程序調(diào)用返回PMC簡(jiǎn)介:PMC是指可編程控制器,也就是PLC,它是CN

50、C系統(tǒng)的一個(gè)組成 部分。PMC對(duì)機(jī)床控制面板的各個(gè)按鍵、旋鈕輸入信號(hào)進(jìn)行編譯處理，以控制數(shù) 控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)；對(duì)輔助功能指令（M、S、T）的譯碼，對(duì)輔助功能的接口信號(hào) 進(jìn)行譯碼處理，將它轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的控制指令，通過與其它狀態(tài)的邏輯運(yùn)算控制機(jī) 床的運(yùn)行。如刀具交換、冷卻啟停、工作臺(tái)交換等；機(jī)床外部輸入輸出信號(hào)的控 制，將機(jī)床側(cè)的各類開關(guān)信號(hào)送入PLC，經(jīng)邏輯運(yùn)算后，將運(yùn)算結(jié)果送入到輸出 口，控制機(jī)床側(cè)的動(dòng)作，如：液壓系統(tǒng)的啟停、刀庫(kù)（或轉(zhuǎn)塔）、機(jī)械手、工作 臺(tái)交換機(jī)構(gòu)等的控制；伺服控制，控制主軸和伺服進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置的使能信號(hào)，以 滿足伺服驅(qū)動(dòng)的條件，控制機(jī)床的運(yùn)行。PMC的控制信號(hào)來(lái)自兩個(gè)部分，一個(gè)

51、是機(jī)床MT側(cè)，一個(gè)是NC側(cè)，PMC給數(shù)控系統(tǒng)G信號(hào)，PMC收到數(shù)控系統(tǒng)發(fā) 出的F信號(hào)；PMC給機(jī)床Y信號(hào)，PMC收到機(jī)床給的X信號(hào)。M指令獲取MGETMGET地址1地址2參數(shù)參數(shù)格式數(shù)據(jù)類型存儲(chǔ)區(qū)域說(shuō)明屬性地址1 INT常數(shù)通道號(hào)前置。地址2INT常數(shù)M代碼號(hào)后置x功能說(shuō)明:過參數(shù)1選擇的通道，參數(shù)2選擇需要判斷的M代碼序號(hào)，當(dāng)該 通道獲取到了該M代碼，則輸出為“1”，否則輸出為“0”。M指令應(yīng)答MACKMACK地址1地址2參數(shù)參數(shù)格式數(shù)據(jù)類型存儲(chǔ)區(qū)域說(shuō)明屬性地址1 INT常數(shù)通道號(hào)前置。地址2 INT常數(shù)M代碼號(hào)后置x功能說(shuō)明:該通道有M代碼執(zhí)行完畢需要對(duì)該M代碼應(yīng)答，當(dāng)應(yīng)答完成表示 該M指

52、令可以繼續(xù)下面的指令。表4Y自定義M代碼:車床M87卡盤緊M88卡盤松M128加工中M100加工完成M7冷卻開M9冷卻關(guān)M110門開M111門關(guān)加工中心M111門關(guān)M110門開M7冷卻開M9冷卻關(guān)M128加工中M100加工完成M87卡盤緊M88卡盤松開發(fā)自定義M代碼后，下面對(duì)M代碼實(shí)現(xiàn)的功能行說(shuō)明。M110譯為動(dòng)門打開，打開到位指令；M111譯為動(dòng)門關(guān)閉，關(guān)閉到位指令； M7譯為冷卻開；M9譯為冷卻關(guān)；M87譯為卡盤緊；M88譯為卡盤松；M128譯為 加工中；M100譯為加工完成。數(shù)控機(jī)床加工程序M110M88M87M111M128G04X10.（加工過程程序）M100M88M110M304.

53、4本章小結(jié)本章首先進(jìn)行了數(shù)控機(jī)床的簡(jiǎn)介，選擇了數(shù)控機(jī)床的型號(hào)，并且對(duì)CK40數(shù) 控車床和VMC850L加工中心進(jìn)行了規(guī)格介紹，其次對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的工作流程進(jìn)行了 介紹，最后對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在程序設(shè)計(jì)中介紹7M指令，介紹了 M指令的獲取和應(yīng)答，對(duì)PMC進(jìn)行了簡(jiǎn)介，自定7M代碼，最后給出了數(shù)控機(jī)床 的加工程序。第五章 總控PLC程序編制PLC簡(jiǎn)介可編程序控制器（PLC ）是一種專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字操作電子系 統(tǒng)。它采用一種可編程存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn) 算等指令，通過數(shù)字或模擬量輸入控制各種機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。20世紀(jì)70年代初，微處理器出現(xiàn)；70年代中后

54、期，PLC進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階 段，計(jì)算機(jī)技術(shù)全面引入PLC，使其功能實(shí)現(xiàn)飛躍；80年代初，PLC在先進(jìn)工 業(yè)國(guó)家得到廣泛應(yīng)用；80年代至90年代中期，PLC在這一時(shí)期實(shí)現(xiàn)了可編程在 PLC發(fā)展最快的行業(yè)中，年增長(zhǎng)率一直保持在30-40%。20世紀(jì)末，PLC的發(fā)展 特點(diǎn)更適合現(xiàn)代工業(yè)的需要。工作原理：PLC投入運(yùn)行時(shí)，其工作過程一般分為輸入采樣、用戶程序執(zhí)行 和輸出刷新三個(gè)階段。完成這三個(gè)階段稱為掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行過程中，PLC 的CPU以一定的掃描速度重復(fù)上述三個(gè)階段。功能特點(diǎn)：可靠性高。因?yàn)榇蠖郟LC都采用單片微型計(jì)算機(jī)，所以集成度 高，能保護(hù)電路，具有自診斷功能，提高了系統(tǒng)的可靠性，編程簡(jiǎn)

55、單。PLC編程 多采用繼電控制梯形圖和命令語(yǔ)句，數(shù)量少，易于掌握，使用方便；配置靈活， 可應(yīng)用于任何控制系統(tǒng)；完整的輸入輸出功能模塊對(duì)不同的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)有相應(yīng)的模 板，可直接與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接，通過總線與CPU主板連接，使用時(shí)安裝方便， 只需將檢測(cè)裝置與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的I/O接口端子及PLC正確連接，即可正常工作，運(yùn) 行速度快。由于PLC的控制是通過程序控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此PLC的可靠性和運(yùn)行 速度是繼電器邏輯控制無(wú)法相比的。常用PLC型號(hào)PLC具有穩(wěn)定可靠、價(jià)格低廉、功能齊全、應(yīng)用靈活、操作維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)， 是其能夠長(zhǎng)期占領(lǐng)市場(chǎng)的根本原因。PLC控制器硬件采用積木結(jié)構(gòu)，包括主板、 數(shù)字I/O模板、模擬I

56、/O模板、專用定位模板、條碼識(shí)別模板等模塊。用戶可以 在主板上進(jìn)行擴(kuò)展，也可以利用總線技術(shù)配置遠(yuǎn)程I/O從站，根據(jù)需要獲得所需 的I/O數(shù)量。PLC不僅實(shí)現(xiàn)了各種I/O控制，而且具有輸出模擬電壓和數(shù)字脈沖 的能力，可以控制各種伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、變頻電機(jī)等接收這些信號(hào)的設(shè)備。在觸摸屏人機(jī)界面的支持下，施耐德可編程控制器可以滿足您在過程控制的任何 層次上的需求。在我國(guó)，以下總控PLC在我國(guó)的占有較高的百分比；生產(chǎn)廠商產(chǎn)品型號(hào)日本歐姆龍（OMRON）公司C系列日本三菱（MITSUBISHI）公司Q系列美國(guó)通用電氣（GE）公司90-70系類美國(guó)羅克韋爾（ROCKWELL ）國(guó)際公司Micro Log

57、ix1500、SLC-500 等系列德國(guó)西門子（SIEMENS）公司S7系列PLC的選擇西門子S7系列PLC具有體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)通訊能力強(qiáng)、功能 強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。S7系列PLC產(chǎn)品可分為小型PLC（如S7-200、S7-1200）、 中型 PLC （如 S7-300、S7-1500）和大型 PLC （如 S7-400）。S7-200plc 是一種超 小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，在各種場(chǎng)合自動(dòng)檢測(cè)、監(jiān)控o S7-300是一個(gè) 小型的模塊化PLC系統(tǒng)，能夠滿足應(yīng)用中的性能要求。各種獨(dú)立的模塊可以廣泛 地組合在一起，形成具有不同需求的系統(tǒng)。與S7-200plc相比，S7-300

58、plc采用 模塊化結(jié)構(gòu)，指令運(yùn)算速度高（0.60.1s）；S7-400plc采用模塊化無(wú)風(fēng)扇設(shè) 計(jì)，可靠性高，經(jīng)久耐用，同時(shí)，可以選擇多種級(jí)別的CPU （逐步升級(jí)功能）， 并配備多種通用功能模板，使用戶可以根據(jù)需要組合不同的專用系統(tǒng)。為了保證 整個(gè)工作過程的順利進(jìn)行，選用西門子S7-1200系列作為主控PLC。西門子S7-1200是一款結(jié)構(gòu)緊湊、模塊化的PLC，可以完成簡(jiǎn)單的邏輯控制、 先進(jìn)的邏輯控制、人機(jī)界面和網(wǎng)絡(luò)通訊等任務(wù)。單機(jī)小型自動(dòng)化系統(tǒng)的完美解決 方案。該系統(tǒng)易于設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，需要網(wǎng)絡(luò)通信功能和單屏或多屏人機(jī)界面。具有 先進(jìn)的應(yīng)用功能，支持小型運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)。功能如下：高速

59、輸入， IMATICS7-1200控制器，最多6個(gè)高速計(jì)數(shù)器；高速輸出IMATICS7-1200集成 了兩個(gè)100kHz的高速脈沖輸出，用于步進(jìn)電機(jī)或控制伺服驅(qū)動(dòng)器的速度和位置。 記憶。用戶程序和用戶數(shù)據(jù)之間的可變邊界提供了高達(dá)50kb的集成工作內(nèi)存。 同時(shí)，它還提供高達(dá)2MB的集成加載存儲(chǔ)器和2KB的掉電保持存儲(chǔ)器；可擴(kuò)展、 靈活的設(shè)計(jì)，信號(hào)模塊-多達(dá)8個(gè)信號(hào)模塊可以連接到擴(kuò)展能力最高的CPU，以 支持更多的數(shù)字和模擬輸入/輸出信號(hào)。博途簡(jiǎn)介本文所應(yīng)用的編程軟件為TIA博途，它是全集成自動(dòng)化軟件TIA portal的簡(jiǎn) 稱，是西門子工業(yè)自動(dòng)化集團(tuán)發(fā)布的一款全新的全集成自動(dòng)化軟件。它是業(yè)內(nèi)首

60、個(gè)采用統(tǒng)一的工程組態(tài)和軟件項(xiàng)目環(huán)境的自動(dòng)化軟件，幾乎適用于所有自動(dòng)化任 務(wù)。借助該全新的工程技術(shù)軟件平臺(tái)，用戶能夠快速、直觀地開發(fā)和調(diào)試自動(dòng)化 系統(tǒng)。TIA博途采用此新型、統(tǒng)一軟件框架，可在同一開發(fā)環(huán)境中組態(tài)西門子的 所有可編程控制器、人機(jī)界面和驅(qū)動(dòng)裝置。在控制器、驅(qū)動(dòng)裝置和人機(jī)界面之間 建立通信時(shí)的共享任務(wù)，可大大降低連接和組態(tài)成本。PLC的工作流程總控PLC可以控制整個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)，停止，復(fù)位，PLC給機(jī)器人發(fā)出啟動(dòng) 命后，機(jī)器人開始工作去料架夾取毛坯料，機(jī)床自動(dòng)門打開、關(guān)閉；夾盤松開、 夾緊；機(jī)床上下料等信號(hào)都是通過PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)的，機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床之間的信 號(hào)交互都是通過總控PLC協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)