工业机器人上料工艺与数控车床制造技术的综合应用

庄志鑫

（**铁道职业技术学院，** 哈密 839000）

在柔性制造系统中，采用机器人工艺能够产生巨大的生产效益和经济效益，其中，以机械自动上下料系统尤为突出。在机械质量不断提高的大背景下，机械加工过程中所应用到的自动上下料技术也在逐步加强。因此，有必要加强对机器人上下料技术的研发合作，通过制定合理的控制时序和控制范围，设计优化末端手抓机，从而提高数控机床和机器人之间的信息互通质量，实现机械加工过程一体化的目标，并以最精确的方法完成上下料等各种操作。

技术创新是企业发展的动力，尤其是在科技迅猛发展的社会环境影响下，工业机器人的发展愈发迅速，工业机器人的使用也愈加广泛，工业机器人已经成为企业提高生产效率不可或缺的元素[1]。随着科技的不断进步，工业机器人不仅仅具备信息化和数字化的特点，机器人的智能化程度也越来越高，并逐渐成为一个国家工业化水平和智能化水平高低的重要标志[2]。在柔性制造领域，工业机器人上下料技术是工业机器人的核心技术。在不断推进工业机器人上下料技术的研究过程中，逐渐兴起了机器人和数控机床技术的融合，该项技术的出现不仅能够提升工业机器人的工作精确度，而且能够有效拓宽工业机器人的应用场景，提高工作效率的同时增加经济效益。

GSK 自动化机器人在满足现有工业规范的同时，具有开放性好、融合性强的优势。因此，有关研发技术人员通过在GSK 自动化机器人的基础上增加元器件，从而提高了工业机器人二次开发的性能。此外，将半封闭式数控车床与GSK 自动化机器人进行有效结合，还可以提高整体工作效率并简化工作流程。基于此，通过增加自动化器件、优化升级机器人上下料运动轨迹，不但可以提高工作流程的完善度，还可以在确保数控车床与自动化机器人建立良性互动的前提下，促进工业产业的可持续发展[3]。

3.1 GSK机器人的功能

GSK 机器人的操作系统是开放性的，其可以根据不同的使用需求不断进行系统的更新与开发，以提高机器人的使用性能[4]。并且，经过不断设计与优化，可以提高各种感应元器件的灵敏性与融合性能，同时能够与扩展功能实现高度适配，保证机器人二次开发的效果。

3.2 980T数控系统车床

980T 数控系统车床是一款应用非常广泛的半封闭式数控车床，既可以完成对不同回转平面的机械加工，也能完成手动操作和自动化操作的加工需求。该数控车床具备更为精简的程序设计机制，所采用的程序格式更为简洁，操作界面也更为友善。因此，在980T 数控系统车床的技术基础上，以更科学的方法引进GSK 工业机器人设计具有更强的可操作性，将二者的技术进行结合，可以促进我国自动加工业的蓬勃发展[5]。

3.3 工作流程

上下料单元包括工业机器人一台、数控车床两个、料盘和物料箱各一个。在加工过程中，机器人和数控车床之间是主动和从动的关系，机器人负责发出指令，并将工作指令传送给数控车床，从而对液压盘进行控制[6]。料盘通过接近开关检测工位上是否有工件，并通过底部电动机带动转动，料盘会根据已输入的指令自动转动到指定工位。物料箱的主要用途是放置已经加工完成的工件。

机器人的末端执行器可以根据被抓工件的尺寸进行专门设计，自动上下料系统中机器人的工作流程如下：

1）机器人抓取待加工工件。机器人末端执行器由待机位置移动至取料位置一侧，末端执行器松开，接收信号后移动至取料位置，末端执行器夹紧，移动至待机位置。

2）机器人抓取工件上料。机器人在待机位置，将夹有工件的末端执行器移动至数控车床的安全门前方，机器人将手部移动到卡盘的正前方，缓慢移动至卡盘内，末端执行器松开工件，车床接收信号将卡盘夹紧，机器人再缓慢移动至卡盘前位防护门前，最后移动至待机位置，数控车床开始加工工件。

3）机器人抓取工件下料。机器人在待机位置，移动至车床防护门前方，再将手部移动至卡盘的正前方，缓慢移动至卡盘内，末端执行器夹紧，数控车床接收到让卡盘松开的信号，这时机器人将末端执行器移动至卡盘前方，再缓慢移动至防护门，机器人将加工好的工件移动至物料箱。

4.1 车削工序

在工业机器人上料的工作流程中，最基础的是车削工序，在实际工程项目操作流程中，需要同时切削大量的加工部件并小批量生产，这就要求在技术过程与操作工序之间形成比较合理的控制架构，从而保证控制架构在机械运行过程中的稳定，并有效提升制成品的品质[7]。中碳钢是工业加工过程中使用最广泛的加工材料，其加工过程相对比较复杂。在切削工序实际操作时，需要对基本元素的内部螺丝扣等重要内控工作结构进行集中处理，并且需要对外圆柱体和外锥体面等重要技术参数进行深度剖析与管理，以保证整个作业过程都符合实际的工艺技术要求，以此保证车床架构的合理性。此外，工业机器人的上料技术与数控车床组合加工技术的融合，大大提高了切削加工的能力，从而使机械制造效率和品质都得到了有效提升，最终实现了制造业整体综合水平的提高。

4.2 拓展功能

4.2.1 加工设备布置

为确保机器人的工作效率，对机器人进行合理布局也非常重要。目前，常见的机器人布局可以划分为两类：其一是机器人与数控车床一一对应的类型，其二是机器人与数控车床一对二的类型。第一种方式设备布置的紧凑度比较好，但在实际应用过程中，工作人员需要根据实际需要选择效率高、贴合度强的布局方式。

4.2.2 机器人末端工具设计

现阶段，我国常见的工业机器人末端工具一般是气动工具、传感器以及机械部件等三大类型。其中，机械部件包括固定爪、滑动爪、压力传感以及底板等。在对机器人末端单元进行设计研究时，要充分考虑驱动、传感器和机械单元等。此外，机器人末端的装夹要求底板在自动化机器人的前后端实现良好的衔接工作，通过两台气缸完成对手爪的控制，同时在气缸上增加一套机械感应器系统，可以用来完成对抓手位置的检查，从而判断它是放松还是夹紧。在两个电机驱动的机械协助下，就能够实现对毛坯、半成品和最终工件的抓起动作，整个操作过程效率高，所需时间也较少。

4.2.3 人员拓展能力

在机器人工作过程中，人员必须对不同阶段的作业目标加以集成管理，从而有效提高控制结构和项目管理的效能。首先，人员必须对加工设备的装置架构和流程架构进行集中布局。一方面，通过集中布局的单台人工智能服务结构，只保障了单台数控车床的高效工作。另一方面，通过合理布局单台人工智能服务于两台数控机床，实现了工作效率的整体优化。其次，在对机器人技术末端设备实施选型的工作过程中，操作人员需要根据不同的需求选择恰当的加工工具，从而达到提高效率的目的。最后，在建立工作流程的过程中，要充分发挥工业机器人的特点和优势。例如，在工业机器人利用气缸传感器对手抓工作进行区分管控的过程中，可以建立实时监督和管理框架，以实现数据分析和机动处理功能[8]。

4.3 通信功能

在工业机器人与数控车床系统二者之间搭建高效的通信系统，能够保证整个工作系统信息控制的有效性和准确性，从而保证信息控制的安全可靠，并且实现信息交互方式与产业发展需要相适应。现阶段，国家在构建工业机器人与上料工艺和数控车床制造技术等综合应用的工业机器人通信功能模块的方案中，已普遍采用了I/O 通信体系。一方面，可从技术方面增强整个控制系统的信息传输有效性；
另一方面，通过屏蔽信号电缆，可以把工业机器人与数控车床系统连接到一起，从而形成高效的处理体系，确保PLC 处理器与数据之间的连接能得到有效的优化处理。同时，凭借屏蔽导线的击穿功能，可以使信息交流的实际效率和信息传输质量得到有效提高。此外，在应用软件的选择方面，应确保采用GSK 人工智能专用管理软件，通过高效的数据处理与收集机制，对工业机器人上料工艺和数控车床制造工艺中综合运用的人员信息资料等重要信息进行集中采集，保证程序的高效运行，促进二者之间建立良性的协同机制，提高工作效率，并促进服务质量的提升[9]。

4.4 运动轨迹设计

以先进数控车床加工技术为基础，整合工业机器人的上料技能，通过这样的加工方法能够丰富工业机器人的功能领域。除此之外，还能够对整体工作架构做出更进一步的优化，从而实现综合分析和控制的功能，使产品设计结构更加符合实际工作要求，不论是总体的工作轨迹，还是项目发展需求都可以和工程参数保持相互和谐的状态[10]。想要实现这些目标，还必须对工作轨迹进行设计操作，具体内容主要有：

1）对工件的实际特性进行深入研究，并在此基础上制定出可行的生产管理策略，同时对工业机器人上料工艺和数控车床工艺进行全面控制，并进一步调整工作轨道上的数据。在实现动态性运行轨道的优化中，技术人员必须统筹考量企业现实需要和技术基础两部分因素，所生成的运行结构要和现实需要一致，生成的运行轨道应具备规范化特征，这也将成为提高控制效率的根本手段。

2）管理人员在这个阶段中应该充分发挥其积极作用，根据运行轨迹逐步完善逻辑框架图，保证工作的平稳运行。

3）管理人员需对信息技术和管理数据这两个层面进行整合研究分析，全面提高管控架构的整体性，并对管理机制进行参数解构优化，从而提升总体执行效益。

4）还需建立一个完备的程序架构，并设置一定的规范，提高程序的时序度和功能性。

随着我国经济和信息技术领域的飞速发展，对自动化、智能化、信息化的需求越来越广泛，要求也越来越高。工业机器人产品的研发需要对整个工作流程和操作参数进行控制，保证机械作业过程操作体系的整体性，完善产品设计思路以及工作体系的框架结构，充分利用智能化和自动化技术，不断提高工业机器人应用水平，使工业机器人产品在符合现实需要的同时符合产业需要。工业机器人的发展为工业的发展注入了新的动力，也推动了机器人行业的进步，同时助推了机械智能化发展，助力了我国制造业的可持续发展。

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