ABB工業機器人在數控加工中的應用研究＊

劉怡飛

（廣州鐵路職業技術學院機電工程學院，廣東 廣州510430）

在機械加工環節，主要的生產設備就是數控機床，數控機床在機械零部件的切削加工處理環節發揮著重要作用。傳統的機械加工生產模式下，數控機床往往是作為單獨的生產設備來使用的，而工業機器人的出現，可以使兩者有機結合，從而對數控機床的生產使用模式進行優化與創新。在工業機器人的配合下，工業生產逐步朝著自動化、高效化的方向發展，并且在一定程度上改變了工人的工作環境，降低了人力資源的配置成本，最重要的是工業產品自身質量和附加價值都得以提升[1]。尤其是在當下的生產環境下，工業產品趨向于個性化、定制化和小批量化發展，使得整個機械產品更新迭代速度較快，品種類型較多，僅僅依靠傳統的生產模式已經遠遠不能滿足這種復雜多變的生產要求，而工業機器人的應用成為滿足這種生產需求的重要解決渠道。

1 ABB工業機器人在數控加工中的應用優勢

數控加工的工作原理就是對坐標軸的合理運用，而ABB工業機器人在數控加工中的應用，在滿足其基本要求的基礎上，還具備更多的應用優勢。首先，在ABB工業機器人的配合下，數控加工能夠同時利用坐標軸實現對多個集成化作業的操作與控制，這樣數控加工能夠最大程度上減少基準轉換的處理。

在整個生產操作過程中，只需要一次裝夾就可以完成多項加工作業。這樣不僅有效降低了工序的頻繁轉換，而且在一定程度上提升了加工精度，與此同時，夾具的數量會隨之減少，并降低夾具自身在生產車間的占地面積[2]。其次，ABB工業機器人在數控加工中的應用在一定程度上縮短了整個生產鏈，使得整個生產鏈條更加簡潔化。最后，ABB工業機器人在新產品的研發方面也具有一定的優勢，大大縮短了產品的研發周期。當然，ABB工業機器人在數控加工中的應用仍然存在一些弊端，需要研究人員不斷去研究加以攻克，并進一步提升兩者之間的應用效果。

2 ABB工業機器人在數控加工中的應用方案

2.1 設計總體方案

對于ABB工業機器人在數控加工中的應用，其設計總體方案主要是在數控加工中心防護門前安裝相匹配型號的ABB工業機器人。待ABB工業機器人安裝固定后，將氣動滑臺安裝在工業機器人前端，與此同時，將上料托盤安裝在氣動滑臺上，然后對這三者進行通信連接，方便后續的聯動操作。

其具體的操作過程如下：在工作起始狀態，工業機器人處于復位狀態，上料托盤位于最初始位置。然后將毛坯零件放置在上料托盤的指定位置。待準備工作就緒后，啟動氣動滑臺，使其帶動上料托盤移動到指定的工作位置。在到達指定工作位置后，由ABB工業機器人將加工毛坯零件從上料托盤的1號位置取下來，放置到機床工作臺上的氣動卡盤中，由氣動卡盤夾緊工件進行后續加工操作。而ABB工業機器人則從機床內部撤離。待機床安全門關閉后，數控機床則在數控程度的相關指令下，開始對零件進行加工處理。待加工完成后，機床安全門打開，ABB工業機器人進入到機床內部，從氣動卡盤中取回加工后的零件，并離開機床內部，將該零件放到上料托盤的1號位置。在完成上述操作后，工業機器人會將手爪移動到上料托盤的2號位置，抓取該位置的毛坯零件送入到數控機床內部，并按照以上步驟進行重復操作。接下來依次將16個毛坯零件送入到數控機床中完成加工處理操作。待全部零件加工完成后，氣動滑臺推動上料托盤返回初始位置，并將加工完成后的零件取下，重新放置上新的待加工的毛坯零件，繼續開始后續加工[3]。

2.2 硬件系統設計

對于ABB工業機器人在數控加工中的應用，其所涉及到的硬件系統主要有數控機床的機械結構和氣路系統。因此，這兩者的硬件系統設計與改造是至關重要的，具體分為以下幾個方面。

氣動滑臺的設計。氣動滑臺兩端分別連接料倉和工業機器人。同時，氣動滑臺上需要放置上料托盤，而上料托盤在滑臺上能夠往復移動，其動力來源就是氣缸。而上料托盤要設計有專門的定位凹槽，以保證毛坯零件放置位置的準確性。同時，上料托盤的工作位置要結合工業機器人來設定，以保證工業機器人的手爪能夠抓到指定位置的毛坯零件，確保各個環節能夠順利進行[4]。

工業機器人手爪的設計。比較常見的設計結構就是平行氣動手爪結構，其手指內側通常設計成V形槽結構，這樣方便手爪能夠準確牢固地抓取到各種形狀的零件，尤其是對圓柱狀的工件。在此基礎上，為了進一步增加手爪抓取零件的牢固性，可以在手指內側貼上一層膠皮，以加大兩者之間的接觸摩擦力。而手爪在工業機器人上的安裝位置一般是在第六軸末端。

安全門的設計。通常情況下，數控機房安全門的開啟與關閉主要是借助工業機器人的手爪來實現的，使其通過自身的運動軌跡和對把手的推動來掌握安全門的開關。這樣，相較于將安全門完全改造成全自動開關的方案，能夠大大降低改造成本[5]。

夾具的設計。傳統的夾具主要以平口鉗為主，在此基礎上，需要將其更換成氣動卡盤的結構，這樣整個夾具的夾緊與松開動作就可以在氣缸的控制下得以實現。在ABB工業機器人與數控機床應用系統中一般會涉及到三種氣路，即氣動滑臺氣缸、工業機器人氣動手爪氣缸和數控機床工作臺中氣動卡盤氣缸，這就需要結合各自的動作特點和操作指令進行設計選型，以保證執行機構的合理性與準確性。

2.3 系統程序的設計

對于ABB工業機器人在數控機床中的應用，兩者均作為執行機構，需要進行相應的驅動程序設計，以實現對其運動軌跡和運行行為的控制。通常情況下，ABB工業機器人與數控機床之間的通信方式以PLC為主，而PLC的實現就需要借助通信程序的編寫。對于ABB工業機器人的程序設計，其重點設計內容就是如何實現機器人自身各個關節的運動、手爪的開合和夾緊等，這主要是利用工業機器人上的RAPID程序驅動來實現，并根據試驗情況來調整各個動作的精準度。對于工業機器人的編程，首先需要對DI與DO信號進行設置，為后續的程序編輯打下基礎。一般，ABB工業機器人會有相應的數字信號輸出接口與輸入接口，根據其地址分布說明，將相應的信號端口與PLC相連接，以實現對機器人運行軌跡的控制。而對于機器人程序的編寫，大致將其劃分為主程序、夾取物料程序、物料裝夾機床程序、機床運行加工程序、工件放置程序、中斷程序等，這樣方便分別對各個程序進行調試與管理。需要注意的是，中斷程序主要是用來處理緊急情況，一旦在實際操作過程中出現程序錯誤或者信號異常等特殊情況，工業機器人能夠準確識別出來并自行進入到中斷程序，避免發生大范圍的操作故障，在一定程度上能夠保障生產的安全性[6]。

此外，對于工件的上料與下料，需要保證物料產品按照規則進行排序。這樣工業機器人在抓取物料時可以采用定位抓取的方式。有時候也可以通過碼垛編程的方式來定位抓取。而下料時的操作控制原理與上料時基本一致。工業機器人可以根據坐標點的位置來控制上下料，這就需要精確坐標位置，以保證上料的精確度和加工的精度。同時，工業機器人的運行要注意與數控機床之間保持一定的間距，以免發生碰撞阻礙行動?？傊?，按照既定的要求完成程序編輯后，要反復進行系統調試，以檢查程序試運行的整體情況，判斷是否與預期存在偏差，并加以優化完善，使其能夠滿足實際生產要求。

3 結語

ABB工業機器人在數控加工中的應用具有十分廣闊的應用前景，這也是工業時代發展的必然要求，因此，需要結合傳統的數控加工模式，對數控機床的機械結構和軟件程序進行必要的優化調整。一方面，調整數控機床中的卡盤，并增加氣動滑臺等，使工件的上下料能夠實現全自動化；另一方面，借助程序編輯實現工業機器人的自動化運動?？傊?，ABB工業機器人在數控加工中的應用，能夠顯著降低生產人員的勞動強度，降低人力資源配置，并且大大提高了工業生產效率，為工業生產朝著現代化和自動化方向發展指明了道路。