这是金属加工（mw1950pub）发布的第14701篇文章

编者按

随着时间流逝，工厂里很多老旧设备的原有生产方式已经明显落后。一些厂家开始想办法，自己动手，让老旧设备重现活力。2022年2月，东轻熔铸厂服役超过半个世纪的259车床顺利完成了智能化机器人改造。早在2015年，《金属加工》也刊登过数控机床加装上下料机器人的应用实例。

案例1：259车床智能化机器人改造

东轻熔铸厂259车床投产于20世纪60年代，负担直径162~305mm，长度400~800mm铸锭车皮工作。曾参与多个“中国第一”的生产工作。它采用传统机械式加工，操作步骤繁琐，存在一定安全隐患，而且产品质量容易受到外力干扰。为了满足现代生产需求，东轻熔铸厂决定对259车床进行改造。

一方面是机床本体的全自动改造，重新设计机械传动部分、人工调整部分，实现准备、测量、辅助、加工闭环控制，编写操作程序，使机床和机器人的操作形成闭环衔接、整机合一。

另一方面，通过加装智能机器人代替部分人工作业，实现该工序自动化生产。机器人的智能定位取料、精确送料和自动码垛功能，使效率得到了提升，也降低了安全风险。

案例2：VM600加工中心加装上下料机器人

南通机床公司一台VM600加工中心出于提高工效和降低员工劳动强度的需要，加装了一台能自动完成上、下料工作的机器人。当机器人完成上料后，防护门关闭，工件自动装夹，加工完成后，工装放松，防护门打开，再由机器人卸料。

1 硬件要求

此次改造中，新增了能实现自动装夹的气动工装，自动打开和关闭的气动防护门等，并通过PLC输入、输出接口，与机器人完成工作状态的应答。为了实现动作的精确及安全，对硬件的配置有如下要求：

（1）气动工装，设有夹具夹紧及放松到位检测开关。

（2）气动防护门，设有开门及关门到位检测开关。

（3）控制工装及防护门动作的电磁阀为两位双电控电磁阀。

2工作逻辑框图

机床和机器人共同完成抓料、加工和卸料的控制过程流程如图1所示。

图1

3发现问题与改进

（1）从图1可以看出机床防护门的打开是在全部加工结束以后，防护门的关闭也要机床与机器人交互应答之后才能发出关闭指令，通过实际测试，这两项时间总计有4s左右，假如能巧妙地利用好切削前的准备时间和切削后的各轴复位移动时间，就能最大限度地压缩这4s左右的非切削时间，从而实现工效目标。

通过攻关，笔者发现最好的解决办法就是在加工过程快结束时，由机器人直接控制开门，又当机器人完成上料工作后，再由机器人直接控制关门。经此改动后，整体加工时间压缩了约3.5s。

（2）考虑到机器人有时会存在如保养或故障时无法工作的情况，而笔者又希望机床能够不停机、持续地加工产品，为此在机床侧加装了一个“机器人模式”与“人工模式”切换旋钮，当处在“人工模式”时，就同时将机器人置为紧停状态，这时防护门的开、闭由机床控制。这样一来，会出现防护门的开、闭既可以由机床控制，也可由机器人控制的情形（实际上，在正常情况下，如前面所说当处于“人工模式”时，机器人被置为紧停状态，机器人是不会发出开、闭门指令的），仅出于安全上考虑，控制机床防护门动作的电磁阀，其电气动作应设计成：当电磁阀得电时执行动作，当动作完成后就失电，即不能让电磁阀处于长期通电的状态。

在进行电控设计时，有必要说明一点，由于防护门的开合既要由机床来控制，又要由机器人来控制，且控制命令要以收到门开、门关到位信号来结束，而装在门上的门开、门关到位检测开关各只有一个，如何供机床和机器人两个控制单元使用，并且还要保证机床和机器人各自24VDC直流电源供电电路的独立性？笔者设计了如图2～图4所示的控制电路。

图2

注：SQ1、SQ2为防护门开、关到位检测开关；X0.0、X0.1为机床PLC输入信号地址。

图3

注：KA1、KA2为中间继电器；Y0.0、Y0.1为机床PLC输出信号地址。

图4

机床上的PLC逻辑如图5所示。

图5

注：同上X0.0、X0.1为机床PLC输入信号地址；Y0.0、Y0.1为机床PLC输出信号地址。

（3）在使用时还发现当机床在执行工装夹紧工件工作有时会出现误信号，而机床和机器人全然不知，继续执行加工，从而造成对工装或刀具的损坏。笔者通过仔细观察，最终找到了原因——由于其他状况的出现，机器人实际上没有把待加工的工件放置在工装上，机床执行工装夹紧命令时，工装上的夹紧缸在推动夹爪移动的过程中，会发出一个瞬间的工装夹紧到位信号，让机床和机器人误认为工装夹紧动作已经完成。

后来将机床的PLC控制程序改成了机床在执行工装夹紧命令时，只有工装夹紧信号能持续地发出一段时间（如1s），才认为工装夹紧动作正常完成。

4结语

设备与机器人组线是如今发展的方向，文章中提到的现象和思路比较符合企业的现场实际，特别是考虑到机器人有时会存在如保养或故障时无法工作的情况，在电路设计中加入“机器人模式”与“人工模式”的方法很实用，实现手动和自动两种操作模式，这种方法可以作为借鉴。

本文案例2发表于《金属加工（冷加工）》2015年第24期第63~64页，作者：南通机床公司 虞海静、南通富来威农业装备有限公司 樊杰伟，原标题：《数控机床加装上下料机器人改造》。

-End-

声明：本文所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题，请第一时间告知，我们将根据您提供的证明材料确认版权并按国家标准支付稿酬或立即删除内容！

关键词： 用了半个多世纪的259车床 也能加装机器人 数控机床