基于工业机器人的上下料装配系统-张生

常州机电职业技术学院毕业设计（论文）作者：张生学号：41240105系部：电气工程系专业：电气自动化技术(工业机器人应用)题目：基于工业机器人的上下料装配系统校内指导教师：汪励企业指导教师：冯显俊评阅者：2015年4月I毕业设计（论文）中文摘要机床上下料机器人是在数控机床上下料环节取代了人工的完成工件的自动装卸功能,主要适应的对象大多为大批量重复性强或者是工件质量较大以及工作环境具有高温、粉尘等恶劣条件情况下使用。具有定位精确,生产质量稳定,减少机床及其刀具的损耗,工作节拍可调整,运行可靠平稳,维修方便等诸多特点。在新兴工业化时代，机床上下料工业机器人能够满足快速、大批量加工节拍的生产要求，能够节省人力资源成本，大大提高了工厂的生产效率，成为了越来越多制造业企业的理想选择。数控机床上下料机器人具有速度快、柔性高、效能高、精度高、无污染等诸多优点，在国内外是一种很成熟的机械加工辅助手段，是发展成为柔性制造系统（FMS）和柔性制造单元FMC中的一个重要组成部分，把数控车床与机器人共同构成一个柔性制造系统以及柔性制造单元，不仅可以节省庞大的工件输送装置，而且结构简单，适应性强。关键词:安川工业机器人数控机床CNC自动上下料可编程逻辑控制器PLC机器人装配II目录1绪论.................................................................11.1工业机器人发展现状及趋势...........................................11.2项目研究原因.......................................................21.3项目主要任务.......................................................21.4项目研究意义.......................................................31.5工业机器人与数控机床CNC...........................................32上下料装配系统总体方案................................................42.1上下料装配系统工作任务.............................................42.2上下料装配系统工作流程图...........................................52.3上下料装配工作站系统配置...........................................63工业机器人选型........................................................73.1工业机器人系统组成.................................................73.2机器人控制柜DX100.................................................73.3机器人本体(MOTOMAN－MH6)...........................................93.4机器人末端执行器..................................................114上下料装配工作站外围设备..............................................154.1数控机床CNC......................................................154.2可编程逻辑控制器PLC..............................................164.3上下料装配工作站的其他外围设备....................................195上下料装配工作站硬件系统设计.........................................225.1工作站主电路系统设计..............................................225.2控制柜及其设备配置................................................225.3机器人工作站I/O表................................................255.4外围设备与PLC的连接..............................................265.5机器人与PLC的连接................................................305.6数控机床与PLC的连接..............................................315.7机器人MXT以及电磁阀的连接........................................326上下料装配工作站软件系统设计.........................................336.1上下料装配工作站PLC程序设计......................................336.2上下料装配工作站机器人程序设计....................................49结论...................................................................57致谢...................................................................58参考文献...............................................................59附录1DX100通用用途I/O信号定义、接线图..............................60附录2上下料工作站气动原理图...........................................6411绪论1.1工业机器人发展现状及趋势从世界各国工业机器人发展过程中,可归纳成三种不同的工业机器人发展模式，即日本模式、欧洲模式和美国模式：（1）日本模式日本模式的特点是：各司其职，分层面化完成对企业的交钥匙工程。即日本机器人制造厂商以开发新型机器人和批量生产优质产品为主要目标，并由其子公司或者是社会上的系统工程公司来设计研发制造各行业所需要的机器人成套系统，并完成交钥匙工程。（2）欧洲模式欧洲模式的特点是：对企业一揽子交钥匙工程。即机器人的生产制造和用户所需要的系统设计制造，全部都由机器人制造厂商自己来完成。（3）美国模式美国模式的特点是：采购与成套设计相结合的方略。美国国内基本上不生产制造普通的工业机器人，当企业需要机器人时通常由工程公司进行进口，再自行设计、制造配套的外围设备，完成交钥匙工程。中国大概从上个世纪80年代开始在高校和科研单位进行全面的工业机器人的研究，至今近20年来也取得不少的科研成果。但是由于高校和科研单位没有和企业有机地进行联合，至今仍未形成具有影响力的产品和有规模的产业链。目前国内除了几家（安川、FANUC、ABB、KUKA）以组装为主的中日中德合资的机器人公司外，具有自主知识产权的工业机器人尚停留在高校或科研单位组织的零星生产，未能形成生产应用的气候。但近10年来，进口机器人的价格大幅度的降低，对中国工业机器人的发展也造成了一定的影响，特别是中国自行制造的普通化工业机器人在价格上根本无法与德日美等企业进行竞争。特别是我国在研制机器人初期，没有同步发展相应的零部件产业，使得国内的企业在生产的机器人过程中，只能依赖配套进口的零部件，更加削弱了我国工业机器人企业的价格竞争力。我国的工业机器人产业应走什么样的道路，如何建立自己的一套发展模式，确实也值得探讨。中国工程院在2003年12月完成并公开《我国制造业焊接生产现状2与发展战略研究总结报告》，强调我国应该从“美国模式”入手，在条件成熟之后逐步向“日本模式”靠近。1.2项目研究原因目前，在国内的机械加工产业中，很多中小企业都是使用人工或者是专机进行机床上下料的方式，这在产品比较单一、产能不高的情况下还是非常适合的，但随着社会的进步和发展，使用人工或者专机进行机床上料、下料就暴露出了很多的缺点和不足：(1)专机结构较复杂、维修不方便，不利于自动化流水线的生产制造。(2)不具备柔性加工等特点，难以适应产品多样化，也不利于产品结构的调整。(3)人工劳动强度较大，容易产生工伤事故，效率较低下，而且使用人工上下料产品质量的稳定性不够，不能满足企业大批量、高质量的生产需求。1.3项目主要任务上下料工业机器人可以完成对圆盘类、长轴类、不规则形状、金属板类等工件的自动上下料、工件翻转、工件转序等工作，并且不依靠机床的控制器进行控制，工业机械手（末端执行器）采用了独立的控制模块，不影响机床运转，具有较高的效率和产品质量稳定性，结构简单易于维护，也可以满足不同种类的产品生产。对企业用户来说，只需要作出有限的调整，就可以很快的进行产品结构的调整和扩大产能，大大降低制造企业工人的劳动强度。机床上下料机器人工作站系统主要由工业机器人本体及控制柜、料仓系统机构、末端夹持器系统、控制系统、配件台系统等以及客户端匹配的数控机床组合的自动化系统，通过系统集成化，可以实现对工件的加工然后进行装配。未加工工件如图1-1所示，加工装配之后工件图1-2所示。图1-1加工之前图1-2加工装配之后31.4项目研究意义现代化的加工工艺要求高效且质量可靠，机床上下料机器人有着符合这个时代意义的特性，它将引领这个时代加工工艺质的飞跃。1.5工业机器人与数控机床CNC数控机床上下料机器人与数控机床（CNC）进行组合，可以实现所有工艺过程中的工件自动抓取、上料、下料、装卡、工件移位翻转、工件转序加工等处理，能够极大的节约人工成本，提高企业生产效率。特别是适用于大批量、小型零部件的加工，如轴承座、电机端盖、增加涡轮、换向器、刹车盘、汽车变速箱齿轮、金属冲压结构件等的加工。机床上下料机器人按形式分为：关节机器人和直角坐标机器人。这两种形式的工业机器人都可以很好的完成对加工工件的上下料任务，都有其自身的特点是：关节式机床上下料机器人的工作效率高，动作节拍快，占地空间小，但是成本投入相对坐标式高一些；而坐标式机床上下料机器人的工作效率高，机器人占地空间相对大一些，但是成本的投入要小很多。这两种工业机器人形式的选择还要看现场的工艺要求。42上下料装配系统总体方案加工装配工作站由上下料工业机器人，机器人控制柜，PLC控制柜，仓库，上料输送线工作站等构成，机器人完成对工件的搬运和入仓装配，而数控机床则对搬运的工件进行加工处理，机器人与数控机床配合零件的加工入仓。2.1上下料装配系统工作任务2.1.1准备条件加工装配工作站运行的准备条件（1）物料台八个凹槽检测有，仓库八个凹槽检测无，且配件台待装配零件放满。转盘旋转到位，即工件到达机器人抓取的指定位置（运行前用手动模式触摸屏校正）。（2）机器人选择远程模式，机器人在作业原点,机器人运行无。（3）机器人报警无，CNC报警无。（4）CNC卡盘上无工件，CNC就绪。2.1.2工作流程（1）按下启动按钮，机器人伺服使能，机器人启动，发出机器人上料开始信号。（2）机器人接到上料开始信号，机器人搬运工件到达CNC正前方50cm处，发出机器人上料完成信号。（3）CNC接到上料完成信号，CNC门打开，CNC门开到位，发出机器人送料开始信号。（4）机器人接到送料开始