本文論述了FANUC機器人在電機外殼加工生產(chǎn)線上的應用過程，采用機器人自動上下料技術(shù)及利用iRVision視覺系統(tǒng)，合理地規(guī)劃機器人運動軌跡，把工業(yè)機器人搬運技術(shù)及數(shù)控機床加工技術(shù)有機地組合起來，實現(xiàn)自動裝卸工件、自動碼放加工成品，實現(xiàn)產(chǎn)品的高精度、高效率和低成本加工。

1．FANUC機器人

自動加工生產(chǎn)線配置了兩臺FANUC Robot M－20iA搬運系統(tǒng)機器人，其中一臺機器人作為行走機器人R1，使用FANUC伺服電動機αiF12／3000控制，通過精密減速機、齒輪及齒條進行傳動，重復精度高，可以輕松適應機床在導軌兩側(cè)布置的方案。主要用于毛坯工件的抓取、機床上料、加工工序間工件抓取以及加工成品卸除并運送到傳輸帶上。另一臺固定機器人R2結(jié)合FANUC獨有的智能機器人技術(shù)（iRVision視覺功能），用于下料，在料筐里碼放加工成品。

FANUC Robot M－20iA機器人各環(huán)節(jié)每一個結(jié)合處為一個關(guān)節(jié)點或坐標系，其外形及各關(guān)節(jié)位置如圖1所示。

圖1 FANUC機器人外形圖

2． 自動加工線設備布置

電機外殼自動加工生產(chǎn)線由上料輸送帶和下料輸送帶（分別配置iRVision視覺系統(tǒng)）、行走機器人R1（導軌式）、固定機器人R2、兩臺VM850立式加工中心、一臺CLX360數(shù)控車床、成品料筐和系統(tǒng)控制柜等組成，各設備布置如圖2所示。

圖2 加工線設備布置圖

3． 數(shù)控加工工藝

工件為電機外殼， 如圖3所示， 為大批量生產(chǎn)， 材料是ADC12鋁合金。加工內(nèi)容包含端面銑削鉆孔、攻螺紋和內(nèi)孔車削等內(nèi)容。

圖3 電機外殼零件圖

零件加工工序內(nèi)容分配如下：（1）VM850立式加工中心1進行M4螺紋底孔鉆孔、M4螺紋攻螺紋及銑削外圓凸臺工序加工，如圖4所示。

圖4 加工中心1加工工序圖

（2）VM850加工中心2進行鉆6個φ 5．5mm的通孔、孔口倒角工序加工，如圖5所示。

圖5 加工中心2加工工序圖

（3）CLX360數(shù)控車床進行內(nèi)孔及臺階孔、孔口倒角工序加工，如圖6所示。

圖6 數(shù)控車床加工工序圖

此外， 還需要設計專用夾具， 加工中心夾具采用內(nèi)夾方式，數(shù)控車床采用外夾方式。利圖1 FANUC機器人外形圖用機器人與數(shù)控機床加工組合應用技術(shù)，以自動上下料的方式加工此工件，提高加工效率。

4． 機器人自動上下料動作設計

根據(jù)工件的外形特點設計機器人氣動手爪部件，包含氣動、傳感器及機械部件等。工件加工工藝流程如下：

①毛坯工件擺放在上料傳送帶上。

②行走機器人R1復合手爪抓取毛坯工件，行走到加工中心1位置，將工件安裝到加工中心1的專用夾具上，如圖7所示。

圖7 加工中心1夾具上放工件

③待加工中心1加工完成后，行走機器人R1復合手爪取下工件，行走到加工中心2位置，將工件安裝到加工中心2的專用夾具上，如圖8所示。

圖8 加工中心2夾具上放工件

④待加工中心2加工完成后，行走機器人R1取下工件到數(shù)控車床位置，將工件安裝到專用夾具上，如圖9所示。待工件加工完成后取下工件，機器人行走到工件翻轉(zhuǎn)臺位置，進行工件翻轉(zhuǎn)、交換，如圖10所示。

圖9 數(shù)控車床夾具上放工件

圖10 工件在翻轉(zhuǎn)臺上交換

⑤工件在翻轉(zhuǎn)臺進行交換后，機器人R1把加工成品放置在下料傳送帶上，如圖11所示，由機器人R2進行工件下料、自動碼放在成品料筐中，如圖12所示。

圖11 復合手爪將成品工件放到下料輸送帶上

圖12 單手爪將成品工件從下料輸送帶上取下

至此， 結(jié)束一個完整的加工流程。各加工工序有相應的節(jié)拍，經(jīng)過調(diào)整CNC加工程序以及機器人動作程序后，可實現(xiàn)數(shù)控機床加工與機器人上下料的完美組合。

5． 專用夾具設計

依據(jù)三臺數(shù)控機床各自的加工工序任務，設計三套組合氣動夾具，介紹如下。

（1）立式加工中心1專用夾具：立式加工中心1進行鉆孔、攻如圖13所示。

圖13 加工中心1夾具

（2） 立式加工中心2 專用夾具：立式加工中心2進行鉆6個φ 5．5mm的通孔、孔口倒角工序加工，設計以氣動三爪自定心卡盤夾緊工件，以兩個彈性V形塊定向的夾具，如圖14所示。

圖14 加工中心2夾具

1．啟動卡盤 2．支承塊 3．彈性V形塊 4．特制卡爪

（3）數(shù)控車床專用夾具：數(shù)控車床進行內(nèi)孔及臺階孔、孔口倒角工序加工，設計以一面兩銷定位工件、以氣動旋轉(zhuǎn)夾緊器夾緊方式的夾具，如圖15所示。

6 ． 機器人、P LC與數(shù)控機床的接口

為保證機器人與數(shù)控機床的安全配合，要建立機器人、PLC以及數(shù)控機床之間安全可靠的通信連接。在硬件方面，通過屏蔽電纜將三者之間相應的輸入與輸出點進行連接。軟件方面，通過機器人專用軟件、PLC接口，采集機床和機器人當前狀態(tài)，編寫相應的符合上下料邏輯的控制程序，最終達到數(shù)控機床與機器人的有效通信。重點需要處置緊急停止信號、數(shù)控機床準備完成信號、機器人手爪氣動信號、數(shù)控機床夾具松夾信號以及安全門信號等，數(shù)控機床狀態(tài)監(jiān)控畫面如圖16所示。

圖15 數(shù)控車床夾具

圖16 數(shù)控機床狀態(tài)監(jiān)控畫面

7． 結(jié)語

隨著工業(yè)機器人向更深更廣方向的發(fā)展以及機器人智能化水平的提高，機器人的應用范圍還在不斷地擴大，工業(yè)機器人自動上下料機構(gòu)作為數(shù)控機床輔助部件，越來越受到機床制造商和用戶的重視。通過機器人控制系統(tǒng)和機床控制系統(tǒng)之間快速無誤的通信，以及機器人運動的精度，可保證系統(tǒng)加工過程的可靠性。

本文所述自動加工生產(chǎn)線，匯集機器人技術(shù)、PLC技術(shù)、傳感器檢測技術(shù)、通信技術(shù)及數(shù)控技術(shù)等先進技術(shù)，實現(xiàn)了工業(yè)機器人與數(shù)控機床的技術(shù)組合，簡化了數(shù)控機床操作模式，提高了數(shù)控機床的操作安全性，降低了工人的勞動強度，工件的上下料及自動加工連接緊密，大大提高了工作效率，具有較好的應用價值。