這是金屬加工（mw1950pub）釋出的第
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編者按
隨著時間流逝，工廠裡很多老舊裝置的原有生產方式已經明顯落後。一些廠家開始想辦法，自己動手，讓老舊裝置重現活力。2022年2月，東輕熔鑄廠服役超過半個世紀的259車床順利完成了智慧化機器人改造。早在2015年，《金屬加工》也刊登過數控機床加裝上下料機器人的應用例項。
案例1：259車床智慧化機器人改造
東輕熔鑄廠259車床投產於20世紀60年代，負擔直徑162~305mm，長度400~800mm鑄錠車皮工作。曾參與多個“中國第一”的生產工作。它採用傳統機械式加工，操作步驟繁瑣，存在一定安全隱患，而且產品質量容易受到外力干擾。為了滿足現代生產需求，東輕熔鑄廠決定對259車床進行改造。
一方面是機床本體的全自動改造，重新設計機械傳動部分、人工調整部分，實現準備、測量、輔助、加工閉環控制，編寫操作程式，使機床和機器人的操作形成閉環銜接、整機合一。
另一方面，透過加裝智慧機器人代替部分人工作業，實現該工序自動化生產。機器人的智慧定位取料、精確送料和自動碼垛功能，使效率得到了提升，也降低了安全風險。
案例2：VM600加工中心加裝上下料機器人
南通機床公司一臺VM600加工中心出於提高工效和降低員工勞動強度的需要，加裝了一臺能自動完成上、下料工作的機器人。當機器人完成上料後，防護門關閉，工件自動裝夾，加工完成後，工裝放鬆，防護門開啟，再由機器人卸料。
1 硬體要求
此次改造中，新增了能實現自動裝夾的氣動工裝，自動開啟和關閉的氣動防護門等，並透過PLC輸入、輸出介面，與機器人完成工作狀態的應答。為了實現動作的精確及安全，對硬體的配置有如下要求：
（1）氣動工裝，設有夾具夾緊及放鬆到位檢測開關。
（2）氣動防護門，設有開門及關門到位檢測開關。
（3）控制工裝及防護門動作的電磁閥為兩位雙電控電磁閥。
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工作邏輯框圖
機床和機器人共同完成抓料、加工和卸料的控制過程流程如圖1所示。
圖1
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發現問題與改進
（1）從圖1可以看出機床防護門的開啟是在全部加工結束以後，防護門的關閉也要機床與機器人互動應答之後才能發出關閉指令，透過實際測試，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備時間和切削後的各軸復位移動時間，就能最大限度地壓縮這4s左右的非切削時間，從而實現工效目標。
透過攻關，筆者發現最好的解決辦法就是在加工過程快結束時，由機器人直接控制開門，又當機器人完成上料工作後，再由機器人直接控制關門。經此改動後，整體加工時間壓縮了約3。5s。
（2）考慮到機器人有時會存在如保養或故障時無法工作的情況，而筆者又希望機床能夠不停機、持續地加工產品，為此在機床側加裝了一個“機器人模式”與“人工模式”切換旋鈕，當處在“人工模式”時，就同時將機器人置為緊停狀態，這時防護門的開、閉由機床控制。這樣一來，會出現防護門的開、閉既可以由機床控制，也可由機器人控制的情形（實際上，在正常情況下，如前面所說當處於“人工模式”時，機器人被置為緊停狀態，機器人是不會發出開、閉門指令的），僅出於安全上考慮，控制機床防護門動作的電磁閥，其電氣動作應設計成：當電磁閥得電時執行動作，當動作完成後就失電，即不能讓電磁閥處於長期通電的狀態。
在進行電控設計時，有必要說明一點，由於防護門的開合既要由機床來控制，又要由機器人來控制，且控制命令要以收到門開、門關到位訊號來結束，而裝在門上的門開、門關到位檢測開關各只有一個，如何供機床和機器人兩個控制單元使用，並且還要保證機床和機器人各自24VDC直流電源供電電路的獨立性？筆者設計瞭如圖2～圖4所示的控制電路。
圖2
注：SQ1、SQ2為防護門開、關到位檢測開關；X0。0、X0。1為機床PLC輸入訊號地址。
圖3
注：KA1、KA2為中間繼電器；Y0。0、Y0。1為機床PLC輸出訊號地址。
圖4
機床上的PLC邏輯如圖5所示。
圖5
注：同上X0。0、X0。1為機床PLC輸入訊號地址；Y0。0、Y0。1為機床PLC輸出訊號地址。
（3）在使用時還發現當機床在執行工裝夾緊工件工作有時會出現誤訊號，而機床和機器人全然不知，繼續執行加工，從而造成對工裝或刀具的損壞。筆者透過仔細觀察，最終找到了原因——由於其他狀況的出現，機器人實際上沒有把待加工的工件放置在工裝上，機床執行工裝夾緊命令時，工裝上的夾緊缸在推動夾爪移動的過程中，會發出一個瞬間的工裝夾緊到位訊號，讓機床和機器人誤認為工裝夾緊動作已經完成。
後來將機床的PLC控制程式改成了機床在執行工裝夾緊命令時，只有工裝夾緊訊號能持續地發出一段時間（如1s），才認為工裝夾緊動作正常完成。
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結語
裝置與機器人組線是如今發展的方向，文章中提到的現象和思路比較符合企業的現場實際，特別是考慮到機器人有時會存在如保養或故障時無法工作的情況，在電路設計中加入“機器人模式”與“人工模式”的方法很實用，實現手動和自動兩種操作模式，這種方法可以作為借鑑。
本文案例2發表於《金屬加工（冷加工）》2015年第24期第63~64頁，作者：南通機床公司 虞海靜、南通富來威農業裝備有限公司 樊傑偉，原標題：《數控機床加裝上下料機器人改造》。
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