數控機床智能化升級改造
2021-6-4 來源： 湖南三一工業職業技術學院 作者：陸 雄
摘要：為了提升數控機床的智能化水平，提出將工業機器人、自動測量技術、刀具檢測技術應用到數控機床，完成自動上、下料功能及工件在線測量功能，實現數控機床的智能化升級改造。希望能對數控機床智能化升級改造有一定的借鑒作用。
關鍵詞：數控機床；機器人；智能化；升級改造
0 引言
數控機床是制造業應用最廣泛、數量最多的機械設備，對廣大工業企業的生產與發展起到了極其重要的作用。在當前倡導“工業 4.0”與“中國制造 2025”戰略的背景下，智能化制造已成為制造業發展的方向，而傳統的數控機床已無法滿足現代企業智能化生產的需要。因此，推動智能化技術改造尤為重要，對傳統的數控機床進行智能化升級改造已成為一項十分重要的工作。近年來，以工業機器人為代表的關鍵技術裝備發迅速，為深入推進智能化升級奠定了一定的基礎。探討將工業機器人與數控機床相結合，運用自動測量技術和刀具自動檢測技術，組成智能制造單元，實現數控機床的智能化升級。
1、 智能制造單元整體結構設計
選用的數控機床為湖南三一工業職業技術學院現有的一臺KVC650 立式加工中心。機器人采用現有的一臺 ABB 工業機器人，完成工件的上料、下料及搬運工作。增加自動測量系統對工件進行自動檢測，配置自動刀具檢測系統，構造成一個基本的智能制造單元，實現整個加工過程的智能化。所有控制流程由數控機床通過編程來實現。
1.1 智能制造單元設備組成
設備平面布置如圖 1 所示。
圖 1 設備平面布置
1.2 主要設備及裝置介紹
1.2.1 KVC650 立式加工中心
KVC650 型加工中心是三軸控制數控機床，可控制 X、Y、Z三軸聯動進行直線插補、圓弧插補。該機床配備有自動換刀裝置，刀庫容量為 10 把刀具。可自動連續地進行鉆、銑、鏜、攻絲加工和輪廓的粗、精加工。該機床選配 FANUC 0iMB 數控系統。主要規格參數如下：
（1）工作臺縱向行程：650 mm。
（2）工作臺橫向行程：450 mm。
（3）主軸箱垂直行程：500 mm。
（4）主軸轉速范圍：60~6000 r/min。
（5）主軸錐孔：BT40。
（6）進給速度（X，Y，Z）：5~8000 mm/min。
（7）快速移動速度（X，Y，Z）：10 000 mm/min。
1.2.2 ABB 工業機器人
采用的工業機器人型號為 IRB1600，主要技術參數為：
（1）承重能力：荷重 6 kg。
（2）工作范圍：到達距離 1.2 m。
（3）位置重復精度：0.02 mm。
（4）關節數量：6。
1.2.3 氣動精密平口鉗
氣動精密平口鉗安裝在加工中心工作臺上，用于自動裝夾待加工工件。
（1）規格：6 英寸。
（2）工作原理：氣液增壓。
（3）氣源壓力：0.7 MPa。
（4）最大夾緊力：5000 kg（可調）。
1.2.4 在線測量裝置
在線測量裝置的測頭部分安裝在刀庫中，通過換刀實現測頭的調用，通過數控機床編程進行測量，檢測工件是否合格。
2 、智能制造單元工作過程
2.1 智能制造單元控制系統
控制系統框圖如圖 2 所示，CNC 數控裝置作為智能制造單元的控制核心，所有控制指令由 CNC 控制系統發出，工業機器人協助完成工件的上、下料及搬運工作。自動測量裝置分為兩部分，測頭和接收器，測頭安裝在刀柄上，由數控程序控制實現自動測量，接收器安裝在機床本體上，接收來自測頭的信號。氣動平口鉗完成工件的夾緊和松開，防護門由氣缸驅動起安全防護作用。工件料架存放待加工毛坯和加工好的成品。
圖 2 控制系統
2.2 智能制造單元工作流程
數控程序實現對整個加工過程的控制，按下循環啟動按鈕（或遠程啟動按鈕），主程序運行，對系統進行初始化。機床各軸運行到指定位置，平口鉗松開，防護門打開。同時判斷料架是否有料，沒有料發出缺料信號，如果有料，數控機床發出上料指令，機器人將毛坯從料架搬運到數控機床平口鉗位置，平口鉗夾緊上料完成。數控機床自動對刀，運行加工程序，加工完成運行測量程序，判斷零件是否合格，如果不合格，發出不合格報警，合格則運行下料程序，判斷加工零件數是否達到設置值，少于設置值，繼續運行上料程序，加工下一個零件。如果零件加工數量達到設置值，程序結束，實現零件自動加工。工作流程如圖 3 所示。
圖3 智能制造單元工作流程
3 、程序介紹
數控機床需要設計的程序有自動上料和下料程序、防護門自動開關程序、精密氣動平口鉗程序及自動測量程序。機器人設計 4 個工作位置，機器人初始位置、機器人平口鉗位置、機器人料架毛坯位置和機器人料架成品位置。機器人根據數控機床CNC 發出的指令，移動到相應的工作位置。每次裝卸完工件，機器人回到初始位置。
4 、結束語
通過對數控機床智能化升級的研究，將工業機器人與數控機床有機結合起來，使數控機床的智能化水平大幅提升。實現省工省力、提高效率、保證質量，滿足智能制造的要求。通過進一步研究，還可以將這些技術擴展到工業生產中，具有非常廣闊的發揮空間，為企業數控機床的智能化升級改造提供借鑒。
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