新興工業時代，上下料機器人能滿足“快速/大批量加工節拍”、“節省人力成本”、“提高生產效率”等要求，成為越來越多工廠的理想選擇。上下料機器人系統具有高效率和高穩定性，結構簡單更易于維護， 可以滿足不同種類產品的生產， 對用戶來說， 可以很快進行產品結構的調整和擴大產能， 并且可以大大降低產業工人的勞動強度。

機器人特點

1．可以實現對圓盤類、長軸類、不規則形狀、金屬板類等工件的自動上料/下料、工件翻轉、工件轉序等工作。

2．不依靠機床的控制器進行控制，機械手采用獨立的控制模塊，不影響機床運轉。

3．剛性好，運行平穩，維護非常方便。

4．可選：獨立料倉設計，料倉獨立自動控制。

5．可選：獨立流水線。

機器人分類

關節式機器人

1．機器人最大工作范圍（回轉半徑）：620mm-3503mm

2．機器人負載能力：3kg-700kg

3．機器人工作節拍：大于等于3秒

4．定位精度：±0.1mm

5．驅動形式：全伺服驅動

6．手爪驅動：氣動或者電動，根據工件不同定制，自動換爪功能

7．編程方式：示教編程， AS語言編程

8．料倉/輸送線：根據工件不同定制

直角坐標機器

1．機器人工作范圍

水平行程：1000mm-20000mm

垂直行程：200mm-3000mm

工件旋轉：±180度

2．運行速度：

水平運動最大速度：3000mm/s

垂直運動最大速度：1000mm/s

3．定位精度：

水平運動重復精度：±0.1mm

垂直運動重復精度：±0.1mm

4．傳動形式：

水平運動傳動形式：同步帶/齒輪齒條

垂直運動傳動形式：同步帶/齒輪齒條/絲桿

5．負載重量：最大負載1000kg

6．運動控制系統：PLC/運動控制卡/CNC

7．手爪驅動：氣動/電動，根據工件不同定制，自動換爪功能

8．料倉/輸送線：根據工件不同定制

以上兩種形式的機器人都可以很好的完成加工工件的上下料工作。都有其自身的特點。關節式機床上下料機器人工作效率高，動作節拍快，占地空間小，但是成本投入相對高一些。坐標式機床上下料機器人工作效率高，占地空間相對大一些。但是成本的投入要少很多。這兩種形式的選擇還要看現場的工藝及要求來決定。

現代加工工藝要求高效質量，機床上下料機器人有著符合這個時代意義的特性，它將引領這個時代加工工藝質的飛躍。

南通機床公司一臺VM600加工中心出于提高工效和降低員工勞動強度的需要，加裝了一臺能自動完成上、下料工作的機器人。當機器人完成上料后，防護門關閉，工件自動裝夾，加工完成后，工裝放松，防護門打開，再由機器人卸料。

1.硬件要求

此次改造中，我們新增了能實現自動裝夾的氣動工裝，自動打開和關閉的氣動防護門等，并通過PLC輸入輸出接口，與機器人完成工作狀態的應答。為了實現動作的精確及安全，對硬件的配置有如下要求：

（1）氣動工裝，設有夾具夾緊及放松到位檢測開關。

（2）氣動防護門，設有開門及關門到位檢測開關。

（3）控制工裝及防護門動作的電磁閥為兩位雙電控電磁閥。

2．工作邏輯框圖

機床和機器人共同完成抓料、加工和缷料的控制過程流程如圖1所示。

圖1

（1）從圖1可以看出機床防護門的打開是在全部加工結束以后，防護門的關閉也要機床與機器人交互應答之后才能發出關閉指令，通過實際測試，這兩項時間總計有4s左右，假如能巧妙地利用好切削前的準備時間和切削后的各軸復位移動的時間，就能最大限度地壓縮這4s左右的非切削時間，從而實現我們的工效目標。

通過攻關，我們發現最好的解決辦法就是在加工過程快結束時，由機器人直接控制開門，又當機器人完成上料工作后，再由機器人直接控制關門。經此改動后，整體加工時間壓縮了約3.5s。

（2）考慮到機器人有時會存在如保養或故障時無法工作的情況，而我們又希望機床能夠不停機、持續地加工產品，為此我們在機床側加裝了一個“機器人模式”與“人工模式”切換旋鈕，當處在“人工模式”時，就同時將機器人置為緊停狀態，這時防護門的開、閉由機床控制。這樣一來，會出現防護門的開、閉既可以由機床控制，也可由機器人控制的情形（實際上，在正常情況下，如前面所說當處于“人工模式”時，機器人被置為緊停狀態，機器人是不會發出開、閉門指令的），僅出于安全上考慮，控制機床防護門動作的電磁閥，其電氣動作應設計成：當電磁閥得電時執行動作，當動作完成后，就失電，即不能讓電磁閥處于長期通電的狀態。

在進行電控設計時，有必要說明一點，由于防護門的開合既要由機床來控制，又要由機器人來控制，且控制命令要以收到門開、門關到位信號來結束，而裝在門上的門開、門關到位檢測開關各只有一個，如何供機床和機器人兩個控制單元使用呢？并且還要保證機床和機器人各自24VDC直流電源供電電路的獨立性。我們設計了如圖2～圖4所示的控制電路。

圖2

注：SQ1、SQ2為防護門開、關到位檢測開關；X0.0、X0.1為機床PLC輸入信號地址。

圖3

注：KA1、KA2為中間繼電器；Y0.0、Y0.1為機床PLC輸出信號地址。

圖4

機床上的PLC邏輯如圖5所示。

圖5

注：同上X0.0、X0.1為機床PLC輸入信號地址；Y0.0、Y0.1為機床PLC輸出信號地址。

（3）在使用時還發現當機床在執行工裝夾緊工件工作有時會出現誤信號，而機床和機器人全然不知，繼續執行加工，從而造成對工裝或刀具的損壞。我們通過仔細觀察，最終找到了原因——由于其他狀況的出現，機器人實際上沒有把待加工的工件放置在工裝上，機床執行工裝夾緊命令時，工裝上的夾緊缸在推動夾爪移動的過程中，會發出一個瞬間的工裝夾緊到位信號，讓機床和機器人誤認為工裝夾緊動作已經完成。

后來將機床的PLC控制程序改成了機床在執行工裝夾緊命令時，只有工裝夾緊信號能持續地發出一段時間（如1s），才認為工裝夾緊動作正常完成。