本文從硬件的選擇、工業(yè)機(jī)器人與CNC數(shù)控機(jī)床的接口定義等方面，介紹了兩者集成的步驟，同時(shí)介紹了集成上下料工作站的種類(lèi)與注意事項(xiàng)。
1. 硬件選擇
（1）工業(yè)機(jī)器人上下料工作站的組成
典型的工業(yè)機(jī)器人數(shù)控機(jī)床上下料工作站系統(tǒng)如圖1所示。主要的組成部分包括工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、工件、抓取手爪、周邊設(shè)備及系統(tǒng)控制器等。
工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床之間的通信方式根據(jù)各系統(tǒng)的不同，也有所區(qū)別。對(duì)于信號(hào)較少的系統(tǒng)，可以直接使用I／O信號(hào)線進(jìn)行連接，至少要包括門(mén)控信號(hào)、裝夾信號(hào)及加工完成信號(hào)等。對(duì)于信號(hào)較多的系統(tǒng)，可以使用現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)等方式進(jìn)行通信。
（2）上下料機(jī)器人的選擇
本實(shí)例所介紹的數(shù)控機(jī)床加工工件為圓柱體，如圖2所示，重量≤2kg，故機(jī)床上下料機(jī)器人可選用安川MH6機(jī)器人，如圖3所示。機(jī)器人控制系統(tǒng)為安川DXl00。
選擇工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器應(yīng)考慮夾取對(duì)象的形狀與質(zhì)量，本實(shí)例選擇氣動(dòng)手爪，如圖4所示，型號(hào)為HDS-20Y，控制手爪動(dòng)作的電磁閥安裝在MH6機(jī)器人本體上。若工件質(zhì)量大，可選用液壓手爪。
考慮到失電安全，失電后夾緊的工件不應(yīng)掉落，故電磁閥采用雙電控。末端執(zhí)行器氣動(dòng)控制回路如圖5所示。當(dāng)YV1電磁閥線圈通電時(shí)，氣動(dòng)手爪收縮，夾緊工件；當(dāng)YV2電磁閥線圈通電時(shí)，氣動(dòng)手爪松開(kāi)，釋放工件；當(dāng)YV1、YV2電磁閥線圈都不通電時(shí)，氣動(dòng)手爪保持原來(lái)的狀態(tài)。電磁閥不能同時(shí)通電。
（3）PLC控制柜與安全防護(hù)裝置的選擇
PLC控制柜用來(lái)安裝斷路器、PLC、開(kāi)關(guān)電源、中間繼電器和變壓器等元器件。PLC選擇OMRON公司NJ301－1100控制器，上下料機(jī)器人的啟動(dòng)與停止、輸送線的運(yùn)行等均由其控制。
常用的安全防護(hù)如圖6所示，有安全圍欄與安全光柵。本工作站選用安全圍欄。
2. CNC與機(jī)器人上下料工作站的接口
機(jī)器人上、下料時(shí)，需要與CNC進(jìn)行信息交換、互相配合，才能有條不紊地工作。機(jī)器人上下料的工作流程如圖7所示。
CNC與機(jī)器人上下料工作站PLC之間信號(hào)的傳遞路徑如圖8所示。CNC機(jī)床PLC與上下料工作站PLC之間進(jìn)行信息交換，機(jī)器人控制系統(tǒng)與上下料工作站PLC之間進(jìn)行信息交換。
CNC與機(jī)器人上下料工作站的接口信號(hào)如表1所示。上下料工作站PLC向CNC機(jī)床PLC發(fā)出指令，如“請(qǐng)求CNC開(kāi)門(mén)”、“請(qǐng)求CNC關(guān)門(mén)”等，指令的執(zhí)行由CNC機(jī)床PLC來(lái)完成。
機(jī)器人上下料工作站PLC的配置如表2所示，CNC與機(jī)器人上下料工作站的接口分配如表3所示。
3. CNC與機(jī)器人上下料工作站的接口電路設(shè)計(jì)
CNC機(jī)床PLC的輸出接口為源型輸出，而NJ PLC的輸入接口必須接為漏型，所以CNC機(jī)床PLC的輸出信號(hào)通過(guò)中間繼電器進(jìn)行過(guò)渡。CNC輸出與NJ輸入接線圖如圖9所示。CNC輸入與NJ輸出接線圖如圖10所示。
4. 注意事項(xiàng)
（1）如果纏屑不處理，將會(huì)導(dǎo)致裝夾位置不準(zhǔn)確，上下料困難等問(wèn)題。面對(duì)此類(lèi)問(wèn)題，首先要建議客戶改良工藝或車(chē)削刀具，有效斷屑；此外還需增加吹氣裝置，每個(gè)工作節(jié)拍內(nèi)吹氣一次，減少切屑堆積。
（2）機(jī)床的定位主要靠定位銷(xiāo)。一般情況下，定位銷(xiāo)會(huì)比定位孔小一些，不會(huì)發(fā)生工件難以裝入現(xiàn)象；但遇到間隙配合特別小的時(shí)候，首先要親自操作一下，看工件與定位銷(xiāo)之間的配合，再結(jié)合機(jī)器人精度做預(yù)判，以防后期機(jī)器人工作站調(diào)試時(shí)無(wú)法裝夾到位，如圖11所示。
（3）裝夾到位問(wèn)題，有部分工件，在卡盤(pán)內(nèi)部有一個(gè)硬限位，工件在裝夾時(shí)，必須緊靠硬限位，加工出的零件才算合格，遇此類(lèi)情況，建議選用特制氣缸，含推緊壓板，可以有效達(dá)到目的。
（4）主軸準(zhǔn)停問(wèn)題，有的工件在裝夾時(shí)認(rèn)方向，主軸需有主軸定向功能，才可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人上下料。
（5）切屑堆積問(wèn)題，有部分?jǐn)?shù)控車(chē)床不含廢料回收系統(tǒng)，此時(shí)在技術(shù)協(xié)議或方案中需注明，要客戶根據(jù)實(shí)際情況，定期清理切屑。
（6）斷刀是車(chē)床上下料中最頭痛的問(wèn)題，如沒(méi)有斷刀檢測(cè)，只有通過(guò)定時(shí)抽檢來(lái)判斷此現(xiàn)象，如斷刀現(xiàn)象頻繁，建議研究該項(xiàng)目的可行性。