CN108213988A - 一种数控车床与机器人一体化加工单元的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数控车床与机器人一体化加工单元的控制系统，包括工件转移平台、系统主控柜、一体化加工单元，所述的一体化加工单元包括第一加工模块和第二加工模块，所述第一加工模块包括第一数控车床、第一机器人、一条直线模组LM，所述第二加工模块包括第二数控车床、第二机器人，所述系统主控柜包括主控柜操作面板、PLC、开关电源、直线模组LM伺服单元、端子台、中间继电器、触摸显示屏，所述PLC用于接收车床及机器人的反馈信号、触摸屏和主控柜操作面板的控制信号，同时向车床、机器人、直线模组LM输出控制指令，向触摸屏输出设备状态、产品信息内容，实现车床、机器人的协同配合，完成连续的自动化加工作业。

Description

一种数控车床与机器人一体化加工单元的控制系统

技术领域

本发明涉及数控车床及机器人技术，尤其是一种数控车床与机器人一体化加工单元的控制系统。

背景技术

分布式控制系统（distributed control system，DCS），是指由多台计算机分别控制生产过程中多个控制回路，同时又可集中获取数据、集中管理和集中控制的自动控制系统。分布式控制系统采用微处理机分别控制各个回路，而用中小型工业控制计算机或高性能的微处理机实施上一级的控制，各回路之间和上下级之间通过高速数据通道交换信息。

在分布式控制系统中，按地区把微处理机安装在测量装置与控制执行机构附近，将控制功能尽可能分散，管理功能相对集中。这种分散化的控制方式能改善控制的可靠性，当管理级发生故障时，过程控制级（控制回路）仍具有独立控制能力，同时个别控制回路发生故障时也不致影响全局。

发明内容

本发明旨在将数控车床、机器人设为过程控制级，将PLC作为管理级，组建数控车床与机器人一体化加工单元的分布式控制系统。

为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：

一种数控车床与机器人一体化加工单元的控制系统，包括工件转移平台、系统主控柜、一体化加工单元，所述的一体化加工单元包括按照一定布局设置的第一加工模块和第二加工模块，所述工件转移平台位于第一加工模块和第二加工模块之间，所述的第一加工模块包括第一数控车床、第一机器人、一条直线模组LM，所述第二加工模块包括第二数控车床、第二机器人，所述直线模组LM设置在第一数控车床上，所述第一机器人设置在所述直线模组LM上，其特征在于：所述系统主控柜包括主控柜操作面板、PLC、开关电源、直线模组LM伺服单元、端子台、中间继电器、触摸显示屏 ，所述PLC用于接收车床及机器人的反馈信号、触摸屏和主控柜操作面板的控制信号，同时向车床、机器人、直线模组LM输出控制指令，向触摸屏输出设备状态、产品信息内容，实现车床、机器人的协同配合，完成连续的自动化加工作业。

优选地，所述第一数控车床、第二数控车床相向摆放；工件转移平台位于第一数控车床、第二数控车床之间，包括有2条倾斜滑道，待加工工件在重力作用下沿工件转移平台上2条倾斜滑道滚动；每条滑道较低一端均安装有V形托架和气缸，用于顶起工件供第一机器人、第二机器人抓取。

优选地，所述第一机器人为内置式，其底座固定在直线模组LM的滑台上，并通过构件安装于第一数控车床内部；直线模组LM侧面安装有两个光电开关，其滑台位于近卡盘端开关时第一机器人完成上料或下料取件动作，滑台位于远卡盘端开关时第一机器人完成下料动作或处于待命状态。（此时第一数控车床进行加工作业）。

优选地，所述第二机器人为外置式，安放于第二数控车床正前方地面上。

优选地，所述触摸显示屏用于显示设备状态、产品数量信息，并通过触摸按钮实现对第一加工模块和第二加工模块独立控制（即手动模式），以及对直线模组LM的滑台的移动控制，所述的触摸按钮包括复位按钮、启动按钮、暂停按钮。

优选地，所述主控柜操作面板包括若干实体按钮，用于自动模式下，同时对第一加工模块和第二加工模块进行控制，所述的实体按钮包括手动/自动模式选择按钮、复位按钮、启动按钮、暂停按钮、急停按钮。

优选地，所述PLC与触摸显示屏通过RS-232接口电缆连接，用于传输显示信号及触摸按钮控制信号。

优选地，所述的第一机器人、第二机器人均为六自由度工业机器人。

优选地，车床操作面板的循环启动灯、进给保持灯两端分别与中间继电器线圈两端跳线连接，再将中间继电器的一对常开触点分别接DC0V和PLC输入端子，作为车床状态反馈信号；车床防护门气缸末端的磁性开关导线分别接DC0V、PLC输入端子，作为防护门打开到位的判断信号；

车床操作面板的循环启动按键、进给保持按键、卡盘开闭按键两端，分别与中间继电器的一对常开触点两端跳线连接，再将中间继电器线圈两端分别接DC+24V、PLC输出端。

优选地，机器人I/O端子的输入与PLC的输出连接，用于PLC向机器人输出动作指令信号；I/O端子的输出与PLC的输入连接，作为机器人向PLC的反馈信号；根据机器人I/O端子的电气原理，需要中间继电器转换的要加装中间继电器。

与现有技术相比较，本发明的优点及效果是：

1）工作模式可变。加工单元具有手动、自动两个模式，并可互相切换。利用触摸屏按钮可以实现手动模式，分别控制两个模块独立运行，便于加工单元的调试；利用主控柜实体按钮可以实现自动模式，同步控制第一加工模块和第二加工模块同时运行，便于加工单元的自动化生产。

2）工作节拍可调。第一加工模块安装有直线模组LM，调节直线模组LM的速度可以改变模块一的循环时间。即使第一加工模块和第二加工模块的数控车床加工时间不等、机器人运行时间不等，也可以通过调节直线模组LM速度使两个模块的循环时间趋于一致，避免工作节拍不同导致的缓冲区设置问题。

附图说明

图1是一体化加工单元的布局简图。

图2是控制系统的电气原理图。

图3是控制系统的程序流程图。

图中：1-第一数控车床，2-第一机器人，3-直线模组LM，4-工件转移平台，5-第二机器人，6-第二数控车床。

具体实施方式

为进一步理解本发明，下面结合附图和实施例作具体说明，但是需要指出的是，本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。

实施例：

如图1所示，一种数控车床与机器人一体化加工单元的控制系统，包括一体化加工单元、工件转移平台、系统主控柜，所述的一体化加工单元包括按照一定布局设置的第一加工模块和第二加工模块，工件转移平台位于第一加工模块和第二加工模块之间，所述的第一加工模块包括第一数控车床1、第一机器人2、一条直线模组LM3，第一数控车床1型号为CKS6132；所述第二加工模块包括第二数控车床6、第二机器人5，第二数控车床的型号为MJ460。所述的第一机器人2、第二机器人5均为六自由度工业机器人。所述直线模组LM3设置在第一数控车床上，所述第一机器人5设置在所述直线模组LM3上，所述系统主控柜包括主控柜操作面板、PLC、开关电源、直线模组LM伺服单元、端子台、中间继电器、触摸显示屏 ，所述PLC用于接收车床及机器人的反馈信号、触摸屏和主控柜操作面板的控制信号，同时向车床、机器人、直线模组LM输出控制指令，向触摸屏输出设备状态、产品信息内容，实现车床、机器人的协同配合，完成连续的自动化加工作业。优选技术方案，所述PLC选用三菱FX3U系列PLC，输入端为漏型输入（S/S端子接DC+24V），输出端为晶体管漏型输出（COM端子接DC0V），

所述第一数控车床、第二数控车床相向摆放，其防护门均进行自动化改造，通过电磁阀控制气缸往复运动实现自动开、关门；工件转移平台位于第一数控车床、第二数控车床之间，包括有2条倾斜滑道，待加工工件在重力作用下沿工件转移平台上2条倾斜滑道滚动；每条滑道较低一端均安装有V形托架和气缸，用于顶起工件供第一机器人、第二机器人抓取。

所述第一机器人2为内置式，其底座固定在直线模组LM的滑台上，并通过构件安装于第一数控车床内部；直线模组LM侧面安装有两个光电开关，其滑台位于近卡盘端开关时第一机器人完成上料或下料取件动作，滑台位于远卡盘端开关时第一机器人完成下料动作或处于待命状态。（此时C1进行加工作业）。

所述第二机器人5为外置式，安放于第二数控车床正前方地面上。

所述触摸显示屏用于显示设备状态、产品数量信息，并通过触摸按钮实现对第一加工模块和第二加工模块独立控制（即手动模式），以及对直线模组LM的滑台的移动控制，所述的触摸按钮包括复位按钮、启动按钮、暂停按钮。

所述主控柜操作面板包括若干实体按钮，用于自动模式下，同时对第一加工模块和第二加工模块进行控制，所述的实体按钮包括手动/自动模式选择按钮、复位按钮、启动按钮、暂停按钮、急停按钮。

所述PLC与触摸显示屏通过RS-232接口电缆连接，用于传输显示信号及触摸按钮控制信号。

PLC与直线模组LM的接线：

PLC的Y0端子输出脉冲至LM伺服单元，脉冲频率的高低对应滑台移动的快慢；Y1端子输出高、低电平至LM伺服单元，高电平伺服电机正转（滑台向近电机端移动），低电平伺服电机反转（滑台向远电机端移动）。LM两侧光电开关的电源线分别接DC+24V、DC0V，信号线接至PLC输入端，作为滑台移动到A点、B点的判断信号。

第一数控车床、第二数控车床与PLC的接线：

车床操作面板的循环启动灯、进给保持灯两端分别与中间继电器线圈两端跳线连接，再将中间继电器的一对常开触点分别接DC0V和PLC输入端子，作为车床状态反馈信号；车床防护门气缸末端的磁性开关导线分别接DC0V、PLC输入端子，作为防护门打开到位的判断信号；

车床操作面板的循环启动按键、进给保持按键、卡盘开闭按键两端，分别与中间继电器的一对常开触点两端跳线连接，再将中间继电器线圈两端分别接DC+24V、PLC输出端。

第一机器人、第二机器人与PLC的接线：

机器人I/O端子的输入与PLC的输出连接，用于PLC向机器人输出动作指令信号；I/O端子的输出与PLC的输入连接，作为机器人向PLC的反馈信号；根据机器人I/O端子的电气原理，需要中间继电器转换的要加装中间继电器。

主控柜按钮、主控柜指示灯与PLC的连接按照一般电路连接方法进行，在此不一一赘述。

控制系统的电气原理如图2所示，为方便描述，图中R1表示第一机器人的简称，R2表示第二机器人的简称，C1表示第一数控车床的简称：C2表示第二数控车床的简称。

加工单元主控柜安装有PLC、开关电源、直线模组LM伺服单元、端子台、继电器、操作按钮、触摸显示屏等。其中，触摸显示屏可以显示设备状态、产品数量等信息，并可通过触摸按钮（“复位”、“启动”、“暂停”）实现对模块一、二的独立控制（即手动模式），以及对直线模组LM滑台的移动控制；实体按钮用于自动模式下，同时对两个模块进行控制，包括“手动/自动”模式选择、“复位”、“启动”、“暂停”、“急停”。

PLC的输入有：LM定位（A点、B点），主控柜操作按钮（手动/自动、复位、启动、暂停），C1、C2反馈的防护门打开到位、加工中、暂停中，以及R1、R2反馈的每个动作完成情况。其中，LM定位信号来源于其侧面的光电开关；C1、C2防护门信号来源于气缸末端的磁性开关，加工中及暂停中信号分别来源于车床操作面板的循环启动灯、进给保持灯（经中间继电器转接）；R1、R2反馈信号由机器人I/O端子输出，经中间继电器转换为PLC输入。

PLC的输出有：LM驱动控制（方向、速度），主控柜复位灯、运行灯、暂停灯，C1、C2动作指令（启动加工程序、暂停、卡盘夹紧/松开、防护门打开/关闭），R1、R2动作指令。

PLC与触摸显示屏通过RS-232接口电缆连接，用于传输显示信号及触摸按钮控制信号。

控制系统的PLC程序流程如图3所示，图中R1表示第一机器人的简称，R2表示第二机器人的简称，C1表示第一数控车床的简称：C2表示第二数控车床的简称。

为实现车床和机器人的协同配合，先对机器人的动作进行分解。

R1动作1（1个指令信号、1个反馈信号）：控制工件转移平台上气缸M顶起工件，从初始姿态到末端手爪在气缸M处夹住工件，再送至C1卡盘处。

R1动作2（1个反馈信号）：等待C1卡盘夹紧后，松开手爪，恢复初始姿态。

R1动作3（1个指令信号、1个反馈信号）：从初始姿态到末端手爪在C1卡盘处夹住工件。

R1动作4（1个反馈信号）：等待C1卡盘松开后，夹住工件成下料准备姿态。

R1动作5（1个指令信号、1个反馈信号）：从下料准备姿态到松开手爪下料，恢复初始姿态。

模块一工作循环：LM左移到A点→R1动作1→C1卡盘夹紧→R1动作2→LM右移到B点→C1关门并启动加工程序→C1加工完毕后开门→LM左移到A点→R1动作3→C1卡盘松开→R1动作4→LM右移到B点→R1动作5→LM左移到A点→R1动作1→……。

R2动作1（1个指令信号、1个反馈信号）：控制工件转移平台上气缸N顶起工件，从初始姿态到末端手爪在气缸N处夹住工件，再送至C2卡盘处。

R2动作2（1个反馈信号）：等待C2卡盘夹紧后，松开手爪，成待命姿态。

R2动作3（1个指令信号、1个反馈信号）：从待命姿态到末端手爪在C2卡盘处夹住工件。

R2动作4（1个反馈信号）：等待C2卡盘松开后，夹住工件下料，恢复初始姿态。

模块二工作循环：R2动作1→C2卡盘夹紧→R2动作2→C2关门并启动加工程序→C2加工完毕后开门→R2动作3→C2卡盘松开→R2动作4→R2动作1→……。

根据第一加工模块和第二加工模块的工作循环过程及图3的流程，建立PLC输入输出的逻辑关系，即可编写出PLC程序，控制加工单元自动运行。

根据图3所示流程编写PLC程序，一体化加工单元控制系统工作过程如下：

系统上电后选择【手动】工作模式，调出C1、C2、R1、R2的程序并设定各自工作模式，通过触摸屏按钮分别控制两个模块复位、启动、暂停。

复位灯在未复位时闪烁，点击【复位】后常亮，复位完成后熄灭。复位过程中观察到意外情况可以点击【暂停】，暂停灯常亮，复位灯闪烁；排除意外后点击【复位】，暂停灯熄灭，复位灯恢复常亮直至复位完成。

复位灯熄灭后点击【启动】，第一加工模块和第二加工模块按照前述的工作循环开始运行，运行灯常亮。点击【暂停】可以使该模块暂停循环，暂停灯常亮，运行灯闪烁；再次点击【启动】，该模块继续原来动作，暂停灯熄灭，运行灯恢复常亮。

系统上电后选择【自动】工作模式，通过主控柜操作面板的【复位】、【启动】、【暂停】实体按钮同时对两个模块进行控制，相应的按钮灯显示原则与手动时触摸屏显示灯相同。

在第一加工模块和第二加工模块暂停后，旋转【手动/自动】模式开关进行两种工作模式的切换。

上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种数控车床与机器人一体化加工单元的控制系统，包括工件转移平台、系统主控柜、一体化加工单元，所述的一体化加工单元包括按照一定布局设置的第一加工模块和第二加工模块，所述工件转移平台位于第一加工模块和第二加工模块之间，所述的第一加工模块包括第一数控车床、第一机器人、一条直线模组LM，所述第二加工模块包括第二数控车床、第二机器人，所述直线模组LM设置在第一数控车床上，所述第一机器人设置在所述直线模组LM上，其特征在于：所述系统主控柜包括主控柜操作面板、PLC、开关电源、直线模组LM伺服单元、端子台、中间继电器、触摸显示屏 ，所述PLC用于接收车床及机器人的反馈信号、触摸屏和主控柜操作面板的控制信号，同时向车床、机器人、直线模组LM输出控制指令，向触摸屏输出设备状态、产品信息内容，实现车床、机器人的协同配合，完成连续的自动化加工作业。

2.根据权利要求1所述的数控车床与机器人一体化加工单元的控制系统，其特征在于：所述第一数控车床、第二数控车床相向摆放；工件转移平台位于第一数控车床、第二数控车床之间，包括有2条倾斜滑道，待加工工件在重力作用下沿工件转移平台上2条倾斜滑道滚动；每条滑道较低一端均安装有V形托架和气缸，用于顶起工件供第一机器人、第二机器人抓取。

3.根据权利要求1所述的数控车床与机器人一体化加工单元的控制系统，其特征在于：所述第一机器人为内置式，其底座固定在直线模组LM的滑台上，并通过构件安装于第一数控车床内部；直线模组LM侧面安装有两个光电开关，其滑台位于近卡盘端开关时第一机器人完成上料或下料取件动作，滑台位于远卡盘端开关时第一机器人完成下料动作或处于待命状态。

4.根据权利要求1所述的数控车床与机器人一体化加工单元的控制系统，其特征在于：所述第二机器人为外置式，安放于第二数控车床正前方地面上。

5.根据权利要求1所述的数控车床与机器人一体化加工单元的控制系统，其特征在于：所述触摸显示屏用于显示设备状态、产品数量信息，并通过触摸按钮实现对第一加工模块和第二加工模块独立控制，以及对直线模组LM的滑台的移动控制，所述的触摸按钮包括复位按钮、启动按钮、暂停按钮。

6.根据权利要求1所述的数控车床与机器人一体化加工单元的控制系统，其特征在于：所述主控柜操作面板包括若干实体按钮，用于自动模式下，同时对第一加工模块和第二加工模块进行控制，所述的实体按钮包括手动/自动模式选择按钮、复位按钮、启动按钮、暂停按钮、急停按钮。

7.根据权利要求1所述的数控车床与机器人一体化加工单元的控制系统，其特征在于：所述PLC与触摸显示屏通过RS-232接口电缆连接，用于传输显示信号及触摸按钮控制信号。

8.根据权利要求1所述的数控车床与机器人一体化加工单元的控制系统，其特征在于：所述的第一机器人、第二机器人均为六自由度工业机器人。

9.根据权利要求1所述的数控车床与机器人一体化加工单元的控制系统，其特征在于：

车床操作面板的循环启动灯、进给保持灯两端分别与中间继电器线圈两端跳线连接，再将中间继电器的一对常开触点分别接DC0V和PLC输入端子，作为车床状态反馈信号；车床防护门气缸末端的磁性开关导线分别接DC0V、PLC输入端子，作为防护门打开到位的判断信号；

车床操作面板的循环启动按键、进给保持按键、卡盘开闭按键两端，分别与中间继电器的一对常开触点两端跳线连接，再将中间继电器线圈两端分别接DC+24V、PLC输出端。

10.根据权利要求1所述的数控车床与机器人一体化加工单元的控制系统，其特征在于：

机器人I/O端子的输入与PLC的输出连接，用于PLC向机器人输出动作指令信号；I/O端子的输出与PLC的输入连接，作为机器人向PLC的反馈信号；根据机器人I/O端子的电气原理，需要中间继电器转换的要加装中间继电器。