工业机器人上下料技术及数控车床加工技术组合应用研究

ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏｇ ｙ ｏ ｆ ＮＣ ｌ ａ ｔ ｈｅ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ ａ ｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｕ ｎ ｍａ ｎ ｎ ｅ ｄ ａ ｂｏ ｕ ｔ ｌ ｏ ａ ｄ － － ｕ ｎ ｌ ｏ ａ ｄ ｗｏ ｒ ｋ ｐ ｉ ｅ ｃ ｅ ｉ ｎ ｎ ｕ ・
９ ８ ０ Ｔ ＮＣ ｌ ａ ｔ ｈ ｅ ｗｅ ｒ ｅ ｄ ｅ ｉ ｓ ｇ ｎ ｅ ｄ ．Ｌ ｏ ｃ ｕ ｓ ａ ｂ ｏ ｕ ｔ ＧＳ Ｋ ｒ ｏ ｂ ｏ ｔ ｔ ｏ ｌ ｏ ａ ｄ — ｕ ｎ ｌ ｏ ａ ｄ ｗｏ ｒ ｋ ｐ ｉ ｅ ｃ ｅ ｔ ｒ ａ ｊ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｙ ｗａ ｓ ｐ ｌ ａ ｎ ｎ ｅ ｄ ．
其 中在 柔 性 制 造 系统 方 面 ， 机 械 手 自动 上 下 料 装 置 是机 器 人技 术 应 用 的 一 个 重 要 方 面 ， 随 着 机 床
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３—０ ３— ０ ７
控 车 床上加 工综 合 零 件 的过 程 。分 析加 工 件 的 工艺 特点 ， 编制 合理 的 Ｃ Ｎ Ｃ加 工程序 ， 规 划合理 的机 器人
ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ （ ＮＣ）ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ． Ｏ ｎ ｅ ｋ ｉ ｎ ｄ Ｓ ｍａ ｌ ｌ ｌ ｆ ｅ ｘ ｉ ｂ ｌ ｅ ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ｕ ｎ ｉ ｔ ｉ ｎ ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｒ ｔ ｏ ｌ （ ＮＣ）
上 下料 机 构 ， 机 器人 与数 控 车床 通讯 单元 ， 规 划机 器人上 、 下 料运 行 轨迹 。该 研 究 结果 能使 机 器人 与 数控 车床 配合 ， 实现 零件 加 工过程 中上 下料 的 自动 化和 无人 化 。是 一种 小型 柔性制 造 单元 在数 控 加
工 中的 具 体 应 用 。
பைடு நூலகம்
・
１ Ｏ ６・
组 合 机 床 与 自动 化 加 工 技 术
第 ７期
下 料技 术及 数 控 车 床 加 工 技 术 有 机地 组 合 起 来 ， 实 现 模块 化 自动上下 料 柔 性制 造 单元 ， 达到集 成 化 、 高 精度 、 高效率 的效果 。
２ 数 控 机 床 及 机 器 人 上 下料 协 调 工 作 流 程
关键 词 ： Ｇ Ｓ Ｋ机 器 人 ； 上 下料技 术 ； ９ ８ ０ Ｔ数 控 系 统 车 床 ； 轨 迹规 划 中图分类 号 ： Ｔ Ｈ１ ６ ６ 文献 标识 码 ： Ａ
Ｓｔ ｕｄ ｙ ｏ ｎ Ｇｒ ｏ ｕ ｐｗａｒ ｅ Ａｐ ｐｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｓ ａ ｂｏ ｕｔ Ｉ ｎ ｄｕｓ ｔ ｒ ｉ ａ ｌ Ｒｏ ｂｏ ｔ ｔ ｏ Ｌｏ ａ ｄ－ ｕｎ ｌ ｏ ａｄ
运 动 轨迹 ， 设计 机器 人 末 端执 行 器 ， 把 工业 机 器 人 上
作者简介 ： 郑 泽钿（ １ ９ ６ ５ 一） ， 男， 广东潮安县人 ， 广 东省茂名市技工学校机械工程 师， 研究 方向为现代数控加工技术 ， 机电一体化技术等 ， （ Ｅ
— ｍａ ｉ ｌ ） ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ ｚ ｅ ｔ ｉ ａ ｎ ＠ｓ ｏ ｈ ｕ ． ｃ ｏ ｎ。 ｒ
Ｒｅ ｓ ｕｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｇ ｒ ｏ ｕｐ ｗａ ｒ ｅ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ａ ｂ ｏ ｕ ｔ ｉ ｎｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｉ ａ ｌ Ｒｏ ｂ ｏ ｔ ｔ ｏ ｌ ｏａ ｄ－ － ｕ ｎ ｌ ｏ ａ ｄ ｗｏ ｒ ｋ ｐ ｉ ｅ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ Ｐｒ ｏ－ －
Ｗ ｏｒ ｋｐｉ ｅ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｈｅ Ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎｇ Ｔｅ ｃ ｈ ｎｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ Ｎ Ｃ ｌ ａ ｔ ｈｅ
Ｚ Ｈ Ｅ Ｎ Ｇ Ｚ ｅ — ｔ ｉ ａ ｎ 。Ｃ Ｈ Ｅ Ｎ Ｙ ｉ ｎ — ｑ ｉ ｎ ｇ ， Ｌ Ｉ Ｎ Ｗｅ ｎ － ｑ ｉ ａ ｎ ｇ ，Ｚ ＨＡ Ｎ Ｇ Ｈ ｕ ｏ — ｙ ｏ ｎ ｇ ，Ｑ Ｉ Ｕ Ｙ ｏ ｎ ｇ
摘要 ： 为 提 高数 控 加 工 的切 削 效 率 和 加 工 精 度 ， 对 工 业 机 器 人 上 下 料 技 术 及 数 控 机 床 加 工技 术 组 合 应 用进 行 研 究 。 分 析 了 Ｇ Ｓ Ｋ机 器人及 ９ ８ ０ Ｔ数 控 系统 车 床 的 特 点 。针 对 加 工 实 例 ， 设 计 机 器 人 自动
５ ２５ ０ ０ ０， Ｃｈ ｉ ｎ ａ；２． Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｍａ ｃ ｈｉ ｎｅ ｒ ｙ ａ ｎ ｄ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｅｎｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ，Ｇｕ ａ ｎ ｇ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｕｎｉ Ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｐｅ ｔ ｒ ｏ ｃ ｈ ｅ ｍｉ ・
（ １ ． Ｇｒ ｏ ｕ ｐ ｏ ｆ Ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ Ｒ ｏ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ＣＮ Ｃ Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ， Ｍａ ｏ ｍｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ， Ｍａ ｏ ｍｉ ｎ ｇ Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｄ ｏ ｎ ｇ
ｃ ａ ｌ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｍａ ｏ ｍｉ ｎ ｇ Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｄ ｏ ｎ ｇ ５ ２ ５ ０ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔｏ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ａ ｎ ｄ ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ｂ ｙ ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ （ ＮＣ）ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ，
第 ７期
２ ０ １ ３年 ７月
组 合 机 床 与 自 动 化 加 工 技 术
Ｍ ｏ ｄｕ ｌ ａｒ Ｍ ａ ｃ ｈｉ ｎｅ Ｔｏ ｏ ｌ＆ Ａｕｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｃ Ｍ ａｎ ｕｆ ａ ｃ ｔ ｕｒ ｉ ｎｇ Ｔｅ ｃ ｈ ｎｉ ｑ ｕｅ
ＮＯ． ７
Ｊ ｕ １ ．２ ０ １ ３
Ｇ Ｓ Ｋ机器 人 是 一种 基 于 工业 标 准 开 发 、 设 计 的 关 节臂 式机 器 人 ， 其外形及各 关节位置示意如 图 １
所示 ， 图 ２是 Ｇ Ｓ Ｋ 机器 人 的 等 价几 何 模 型 。机 器 人 在 直角 坐标 系下运 动 的 、 】 ， 、 ｚ方 向 ， 如 图 ３所示 。
要 保证机 器人在 数 控 车床 加工 时 准确 无 误 及 时
地 上下料 ， 须考 虑 以下几个 问题 ：
１ ＧＳ Ｋ 机 器 人 和数 控 车床 的 工作 单 元
１ ． １ ＧＳ Ｋ 机 器 人 功 能
（ １ ） 分 析数控 车床 加工 工件 的车削工 艺 流程 ； （ ２ ） 设 计合适 的机 器人末 端工 具 （ 手抓 ） ； （ ３ ） 规 划机器 人上 下料 的运 动轨 迹 、 设计 流 程 图 及 编制运 动程 序 ； （ ４ ） 实现数控 车床 与机器 人 的通讯 。
３ 组 合 应 用 实 例
３ ． １ 综合 工件数 控车 削工艺分 析 如 图 ５所示 工件 ， 生 产纲 领 为 大批 量 生产 ， 材料 中碳 钢 。这是 一个综 合 工件 ， 内容 包含 了 内外 螺 纹 、 内孔 、 外 圆柱面 、 外 圆锥 面及 端 面 等 。在数 控 车 床 上 加工 ， 需 要进 行 两 次装 夹 。现 将 工 业 机 器 人 上 下料 技术 及数控 车 床 加 工技 术 组 合 应 用 ， 以 自动 上 下 料
文章 编 号 ： １ ０ ０ １— ２ ２ ６ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ７— ０ １ ０ ５— ０ ５
工业机器人上下料技术及数控车床 加工技术组合应用研究
郑 泽 钿 ， 陈银 清 。 ， 林 文 强。 ， 张火勇 ， 邱 勇。
（ １ ． 广 东省 茂名 市技 工 学校 数控加 工教 研 组 ， 广 东 茂名 ５ ２ ５ ０ ０ ０； ２ ． 广东 石油 化工 学院 机 电工程 学 院， 广 东 茂名 ５ ２ ５ ０ ０ ０ ）
０ 引 言
２ １ 世 纪 以来 ， 机 器 人 已经 成 为 现 代 工 业 中不 可 缺少 的重要 工 具 。机器 人 是 最具 代 表 性 的 现代 多 种
高新技 术 的综 合 体 ， 它 可 从 某 种 角 度 折 射 出一 个 国 家 的科 技 水 平 和 综 合 国力 。 自从 上 世 纪 ６ ０年 代 第 台工业 机器 人 问 世 以来 ， 机 器 人 的 种 类 已经 从 最 初 的操作 手逐 渐 衍 生 出各 类 机 器 人 ， 并 且 深 入 到 人 类 生 活 的方方 面 面¨ 。
Ｇｒ ｏ ｕ ｐ ｗａ ｒ ｅ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｓ ａ ｂ ｏ ｕ ｔ ｉ ｎｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｉ ａ ｌ Ｒｏ ｂｏ ｔ ｔ ｏ ｌ ｏ ａ ｄ － ｕ ｎ ｌ ｏ ａ ｄ ｗｏ ｒ ｋ ｐ ｉ ｅ ｃ ｅ ａ ｎｄ ｔ ｈ ｅ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ ＮＣ ｌ ａ ｔ ｈｅ ｗａ ｓ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ． Ｔｈｅ ｃ ｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｉｃ ｔ ａ ｂ ｏ ｕ ｔ ＧＳＫ Ｒｏ ｂ ｏ ｔ ａ ｎｄ ９８ ０ＴＮ Ｃ ｌ ａ ｈｅ ｔ ｗａ ｓ ａ ｎａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ． Ｂｙ ｅ ｘ ａ ｍ— ｐ ｌ ｅ， Ｓｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ｒ ｏ ｂ ｏ ｔ ｔ ｏ ｌ ｏａ ｄ— ｕ ｎ ｌ ｏ ａ ｄ ｗｏ ｒ ｋ ｐ ｉ ｅ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｈｅ ｃ ｏ ｍｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｕ ｎ ｉ ｔ ａ ｂ ｏｕ ｔ Ｇ Ｓ Ｋ ｒ ｏ ｂ ｏ ｔ ａ ｎ ｄ
ｍａ ｃ ｈｉ ｎｉ ｎｇ ｗａ ｓ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｓ ｅ ｄ．
Ｋｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ：Ｇ Ｓ Ｋ ｒ ｏ ｂ ｏ ｔ ； ｒ ｏ ｂ ｏ ｔ ｔ ｏ ｌ ｏ ａ ｄ — ｕ ｎ ｌ ｏ ａ ｄ ｗｏ ｒ ｋ ｐ ｉ ｅ ｃ ｅ ； ９ ８ ０ Ｔ ＮＣ ｌ ａ ｔ ｈ ｅ ； ｔ ｒ ａ ｊ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｙ ｐ ｌ ａ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ
一
的高速 高精 度 发 展 趋 势 ， 机 床 加 工 中 自动 上 下 料 技 术 将具 有更 广 阔 的发 展前 景 。研 究 机械 手 上 下料 系 统 的控制 时序 ， 设 计 合 理 的控 制 程 序 ， 巧妙 设计 机 器 人末 端执行 器 （ 手抓 ） 结构 ， 很 好 地 实 现 数 控 机床 与 机器 人 的通 讯 功 能 ， 有 效 地 组 合 工 业 机 器 人 上 下 料 技 术及 数控 车 床 加 工 技 术 于 一 体 ， 最 终 实 现快 速 的 高精 度上下 料 功能 等有 着广泛 的实用 意义 。 本 文采 用 工 业 机 器 人 自动 上 下 料 技 术 ， 研 究 数