一臺(tái)VM600加工中心出于提高工效和降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度的需要，加裝了一臺(tái)能自動(dòng)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(dòng)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，我們新增了能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝夾的氣動(dòng)工裝，自動(dòng)打開和關(guān)閉的氣動(dòng)防護(hù)門等，并通過(guò)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(dòng)作的精確及安全，對(duì)硬件的配置有如下要求：
（1）氣動(dòng)工裝，設(shè)有夾具夾緊及放松到位檢測(cè)開關(guān)。
（2）氣動(dòng)防護(hù)門，設(shè)有開門及關(guān)門到位檢測(cè)開關(guān)。
（3）控制工裝及防護(hù)門動(dòng)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(guò)程流程如圖1所示。
圖1
3. 發(fā)現(xiàn)問(wèn)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(guò)實(shí)際測(cè)試，這兩項(xiàng)時(shí)間總計(jì)有4s左右，假如能巧妙地利用好切削前的準(zhǔn)備時(shí)間和切削后的各軸復(fù)位移動(dòng)時(shí)間，就能最大限度地壓縮這4s左右的非切削時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)我們的工效目標(biāo)。
通過(guò)攻關(guān)， 我們發(fā)現(xiàn)解決辦法就是在加工過(guò)程快結(jié)束時(shí)，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(dòng)后， 整體加工時(shí)間壓縮了約3.5s。
（2）考慮到機(jī)器人有時(shí)會(huì)存在如保養(yǎng)或故障時(shí)無(wú)法工作的情況，而我們又希望機(jī)床能夠不停機(jī)、持續(xù)地加工產(chǎn)品，為此我們?cè)跈C(jī)床側(cè)加裝了一個(gè)“機(jī)器人模式”與“人工模式”切換旋鈕，當(dāng)處在“人工模式”時(shí)，就同時(shí)將機(jī)器人置為緊停狀態(tài)，這時(shí)防護(hù)門的開、閉由機(jī)床控制。這樣一來(lái)，會(huì)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(shuō)當(dāng)處于“人工模式”時(shí)，機(jī)器人被置為緊停狀態(tài)，機(jī)器人是不會(huì)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(dòng)作的電磁閥，其電氣動(dòng)作應(yīng)設(shè)計(jì)成：當(dāng)電磁閥得電時(shí)執(zhí)行動(dòng)作，當(dāng)動(dòng)作完成后就失電，即不能讓電磁閥處于長(zhǎng)期通電的狀態(tài)。
在進(jìn)行電控設(shè)計(jì)時(shí)，有必要說(shuō)明一點(diǎn)，由于防護(hù)門的開合既要由機(jī)床來(lái)控制，又要由機(jī)器人來(lái)控制，且控制命令要以收到門開、門關(guān)到位信號(hào)來(lái)結(jié)束，而裝在門上的門開、門關(guān)到位檢測(cè)開關(guān)各只有一個(gè)，如何供機(jī)床和機(jī)器人兩個(gè)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？我們?cè)O(shè)計(jì)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(cè)開關(guān)；X0.0、X0.1為機(jī)床PLC輸入信號(hào)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(hào)地址。
圖4
機(jī)床上的PLC邏輯如圖5所示。
圖5
（3）在使用時(shí)還發(fā)現(xiàn)當(dāng)機(jī)床在執(zhí)行工裝夾緊工件工作有時(shí)會(huì)出現(xiàn)誤信號(hào)，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(duì)工裝或刀具的損壞。我們通過(guò)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(shí)，工裝上的夾緊缸在推動(dòng)夾爪移動(dòng)的過(guò)程中，會(huì)發(fā)出一個(gè)瞬間的工裝夾緊到位信號(hào)，讓機(jī)床和機(jī)器人誤認(rèn)為工裝夾緊動(dòng)作已經(jīng)完成。
后來(lái)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(shí)，只有工裝夾緊信號(hào)能持續(xù)地發(fā)出一段時(shí)間（如1s），才認(rèn)為工裝夾緊動(dòng)作正常完成。
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