基于广数机器人的数控铣床上下料控制系统设计

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摘要：摘要：根据实际生产需求和飞幕ADIRC数控铣床功能要求，采用西门子S7-1200 PLC为主站，广州数控GSK机器人为从站，主从站通过Modbus TCP通信来实现数控铣床上下料工序，设计出了基于广数机器人的数控铣床上下料控制系统。同时，详细介绍了系统硬件结构组成和软件控制功能

　摘要：根据实际生产需求和飞幕ADIRC数控铣床功能要求，采用西门子S7-1200 PLC为主站，广州数控GSK机器人为从站，主从站通过Modbus TCP通信来实现数控铣床上下料工序，设计出了基于广数机器人的数控铣床上下料控制系统。同时，详细介绍了系统硬件结构组成和软件控制功能，该上下料控制系统的实现，能降低工人劳动强度，减少人工成本，提高生产效率。

　　关键词：广数GSK机器人;S7-1200 PLC;上下料;数控铣床

　　引言

　　在工业4.0和“中国制造2025”背景下，制造业转型升级，智能制造业已经迈入高速发展阶段，工业机器人得到了广泛应用。工业机器人可以应用在各种各样的生产活动中，可以是在不同的单品生产线中，也可以是在不同的生产规模中，尤其是在一些柔性生产线上，其经常被使用[1]。工业机器人具有精度高、灵活性强及可编程等特点，能适应复杂的工作环境，将工业机器人引入实际作业生产中实现生产自动化，不仅可以保证产品质量，提高生产效率，同时还避免了大量工伤事故的发生。

　　随着PLC技术与网络、机械等技术的不断融合，PLC的应用范围越来越广，这也反过来促使PLC技术不断朝多元素、多角度等综合性应用的方向发展[2]。本文将机器人控制技术和PLC控制技术相结合，分析数控铣床的加工工艺流程，设计数控铣床上下料控制系统，将工业机器人应用于数控铣床上下料中代替人工劳动，改变了传统工业生产模式，带动了工厂的转型升级。

　　1 系统总体设计

　　1.1 上下料控制系统概述

　　西门子S7-1200 PLC设计紧凑、组态灵活，且具有功能强大的指令集，可用于控制各种各样的设备以满足自动化需求[3]，使用PLC设计控制系统可靠性更高。为了满足实际生产需求，并考虑系统运行稳定性，以西门子S7-1200 PLC和机器人为研究对象，将机器人和PLC控制技术相结合，设计基于广数机器人的数控铣床上下料控制系统，应用于铝合金门窗制造行业。

　　基于广数机器人的数控铣床上下料系统主要是针对40～800 mm长度铝合金型材半成品铣孔加工而开发的，采用机器人实现上下料搬运，系统前端与铝合金型材切割设备出料口连接，中间段有链式缓存设备，后端与数控铣床对接实现型材铣孔加工工序，还配备扫码设备，各环节设备通过输送线体连接实现连续生产，形成一条完整的自动化产线。

　　该系统不仅能实现型材自动加工和连续生产，提高机械生产效率和质量，而且能有效解决线上铝合金型材的缓存烦琐问题。

　　1.2 上下料控制系统硬件结构设计

　　数控铣床上下料控制系统主要由以下几部分组成：PLC控制器、触摸屏、扫码设备、链式缓存架、数控铣床以及工业机器人，其硬件拓扑图如图1所示。触摸屏采用威纶通MT8102iE触摸屏，用于操作整个系统、设置相关参数以及显示系统异常信息。PLC采用西门子S7-1214C PLC作为系统的核心控制器，下发控制指令控制型材的输送，与数控铣床信号交互实现机器人抓取动作控制等。扫码设备选择基恩士SR-1000扫码器，与PLC通过Profinet进行通信，用于扫描来料型材二维码，识别读取二维码成功后，把型材条码ID发送给PLC。机器人為广州数控GSK RB35-2050机器人，机器人负责抓取输送线体上待加工的型材到数控铣床进行铣孔加工，以及从数控铣床抓取已加工完成的型材。链式缓存架用于缓存待加工的铝合金型材，解决线上铝合金型材缓存烦琐的问题，当型材没来得及加工或者数控铣床出现故障时，型材会先被缓存到链式缓存架上，待数控铣床空闲时再进行铣孔加工。数控铣床为飞幕ADIRC数控铣床，当型材被抓取到加工工位时，根据型材的二维码ID和加工文件数据匹配进行铣孔加工，铣孔加工完成后再由机器人抓取进行下料。

　　基于广数机器人的数控铣床上下料控制系统从铝合金型材来料输送、中间缓存、加工上料、加工下料到出料输送全程采用机械化，无须人工搬运，减少了中间环节，对提高生产的自动化水平起到了重要作用，还能降低人力劳动成本。更重要的是，铝合金型材精度和表面质量大大提高，改善了产品质量。

　　2 系统软件设计

　　2.1 控制系统功能设计

　　机器人系统具有很强的柔性，可以满足不同种类产品的生产，采用机器人上下料能有效降低用工成本和提高生产效率[4]。在传统的数控铣床作业流程中引入机器人，对作业流程和控制方法加以改进，设计出新的控制流程。数控铣床上下料控制系统控制流程图如图2所示。

　　首先，铝合金型材被输送到位后，扫码器设备读取型材上的二维码信息，系统先根据型材条码信息(条码ID和加工数据位数据)判断型材是否需要进行铣孔加工。其次，如果不需要加工则通过出料线体输送出料;若型材需要进行铣孔加工，则先判断数控加工中心是否有空闲的工位，若加工中心无空闲工位，则型材被输送至链式缓存架进行缓存。再次，链式缓存架缓存型材数量大于1时，也进行是否有空闲加工工位的判断，若加工中心有空闲工位，则把型材通过线体输送至相应机器人工位。最后，当机器人工位有等待抓取的铝合金型材时，机器人把型材抓取到数控铣床加工工位进行铣孔加工，待加工完成后机器人再从铣床加工工位把型材抓取至机器人工位，由输送线体输送至出料线体出料。如此往复循环，即可完成数控铣床上下料工序，从而提高设备加工效率。

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