详解自动上下料工作站设计

为适应当今社会的发展需求，提高企业的生产效率，在车间现有工业机器人和数控车床的基础上，设计研发一款自动上下料工作站。使用机器人为车床完成上下料，实现了生产过程中上料、加工、下料的自动化和无人化。文中给出了此款工作站的设备结构组成、电气控制方式、以及详细工作流程。运行结果表明：该设备结构简单，便于调试，具有良好的实用价值和经济效益。

自动上下料工作站的结构组成

如下图所示，上下料工作站主要由数控车床、工业机器人、料仓三部分组成。

△ 整体布局图

数控车床采用南京翼马数控机床有限公司生产的CK0625，配置翼马自主研发的数控系统EAMA3000i。车床采用液压卡盘、气动防护门。防护门上装有2个感应开关，用于发出机床门关闭到位信号、机床门打开到位信号。

工业机器人采用ABB系列1410型号机器人，由机器人本体、控制柜和示教盒三部分通过电缆线连接而成。该机器人可在本机基础上增加机械元件和电气元件，通过指令编程实现相应的动作功能。根据这一特征，在机器人腕部配置两个手爪，1号手爪用于抓取和放置毛坯，2号手爪用于抓取和放置成品。手爪的打开闭合由气动阀控制，每个手爪上装有2个感应开关，用于发出手爪夹紧到位信号、手爪松开到位信号。

料仓采用不锈钢型材自主设计制造，倾斜放置，有助于圆柱形工件依靠自重整齐排列。机器人从供料仓取毛坯、向出料仓放成品。供料仓上配置两个气缸：上下运动气缸用于顶出毛坯，左右运动气缸用于固定毛坯。气缸的运动由气动阀控制，每个气缸上装有2个感应开关，用于发出运动到位信号。

自动上下料工作站的电气控制

机床PLC输入输出点配置

根据动作控制要求，需要机床PLC输入端子8个，输出端子5个，具体见下表。

△ 机床PLC输入输出地址表

机器人I/O配置

根据动作控制要求，需要机器人PLC输入端子11个，输出端子8个。ABB1410提供标准I/O板DSQC652，包括16个数字输入信号（X3、X4接口）和16个数字输出信号（X1、X2接口）。在本工作站中，I/O配置情况见下表。

△机器人I/O地址表

数控机床与工业机器人通讯

为了保证自动上下料动作的实现，数控机床和工业机器人之间需要进行信号的交流。其中，机床送至机器人的信号见表1，机器人送至机床的信号见表2。

△机床送至机器人的信号

△机器人送至机床的信号

具体工作过程

通过动作流程的规划、电气原理图的绘制与接线、机器人程序的编制与调试，机器人系统和数控系统之间的信号实现了相互连接及传输。工作站具体流程如下图所示（以供料仓毛坯总数为6举例）。

△ 工作站具体流程图

总结

经过接线、编程及调试，该工作站实现了生产过程中上料、加工、下料的自动化和无人化，且满足一系列技术要求。如机器人上料、下料动作准确到位，不会碰撞机床和料架；在断电、断气等异常情况下，机器人手爪保持夹紧状态，保证工件不会松开或脱落；机器人始终在运动范围内移动，不会超程等。总之，该设备可减轻工人的劳动强度，提高车间的生产效率和自动化水平，为企业带来良好的经济效益，具有很好的推广价值。