CN115402699A

CN115402699A - 数控机床自动上下料装置及其方法

Info

Publication number: CN115402699A
Application number: CN202211147977.7A
Authority: CN
Inventors: 李红利; 马欣; 马利祥; 谢坤; 黄玉莹
Original assignee: Tianjin Polytechnic University
Current assignee: Tianjin Polytechnic University
Priority date: 2022-09-22
Filing date: 2022-09-22
Publication date: 2022-11-29

Abstract

本发明属于传送带自动控制领域，具体为一种数控机床自动上下料装置及其方法。利用上下料传送带配合机器人，实现数控机床的自动上下料，利用锯齿限位装置和接近开关定位和检测不同位置的零件，与基于视觉的检测和定位装置相比，本零件位置检测装置成本低，可靠性高。利用I/O端子实现传送带、机器人和机床之间的交互，利用重量传感器检测上料传送带的零件分布，根据模糊逻辑推理算法，调整上料传送带的运行速度，由于模糊逻辑推理的推理规则存在不完善性，根据修正公式对模糊推理得到的上料传送带速度进行修正，实现上料传送带的高效运行。本发明实现了数控机床上下料的自动化，节约了人力，系统成本低，可提高生产效率，适合工业生产使用。

Description

数控机床自动上下料装置及其方法

技术领域

本发明属于传送带自动控制领域，涉及一种数控机床自动上下料装置及其方法的技术领域。

背景技术

数控机床是一种程序控制的自动化机床，由电脑或人机界面操作发出各种控制信号，通过程序控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来，数控机床在国民经济现代化的建设中起着重要作用。利用数控机床加工零件时，通常需要人工上料，将零件放入机床，然后启动数控机床开始加工，零件加工完成之后再由人工取出，进入下一个操作环节。这种操作不仅效率低下，批量加工时，需要工人不停歇地执行放入取出的重复操作。传送带是物料搬运系统机械化和自动化的传送用具，是一个带有承载皮带的运输机系统。传送带由两个或多个皮带轮组成，皮带围绕皮带轮旋转构成闭合回路，皮带轮由电动机驱动。可以利用两条传送带实现对数控机床的自动上下料，上料传送带负责运送零件原料，下料传送带负责运送零件成品至下一个加工环节，机器人从上料传送带取零件，并将加工完的零件码放到下料传送带，由传动带控制部分控制上下料传送带的自动运行，并与机器人交互完成机床的自动上下料。

因此，设计数控机床自动上下料装置及其方法对于提高加工效率、降低生产成本、提高装置运行可靠性，具有很好的实际应用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对人工操作数控机床批量加工零件造成加工效率低的情况，设计一种数控机床自动上下料装置及其方法，可提高加工效率并节约人工成本。

本发明所采用的技术方案是：设计一种数控机床自动上下料装置及其方法。整套装置由上料传送带、下料传送带、传送带控制部分、机器人和数控机床组成。上料传送带传送待加工的零件，下料传送带传送加工完的零件成品。上料传送带底部装有重量传感器，用于检测上料传送带上的零件数量，实时调整上料传送带的运行速度，以提高生产效率。传送带控制部分控制上下料传送带的自动运行，并利用I/O端子实现传送带与机器人的交互，将接近开关检测的零件位置发送给机器人，以便机器人抓取零件，零件加工完成之后，机器人将零件码放到下料传送带；机器人负责零件的取放操作，并与传送带和数控机床进行交互，机器人可控制数控机床的启停，数控机床加工完成后向机器人发出加工完成信号；数控机床负责零件的加工，数控机床可以设置一台或多台，每台机床完成一个工序，数控机床只与机器人进行交互。整个加工过程不需要人工参与，实现全自动运行。

本发明的目的在于设计一种数控机床自动上下料装置及其方法，利用接近开关传感器检测零件位置，利用I/O端子实现传送带、机器人和机床之间的交互，利用重量传感器自动调整上料传送带的速度，实现数控机床的自动上下料功能，提高加工效率，具有很好的实用性。

附图说明

图1是装置总体框图。

图2是上料位置检测原理图。

图3是模糊推逻辑推理结构图。

在图1和图2中包括有：

1-1上料传送带、1-2下料传送带、1-3传送带控制部分、1-4机器人、1-5数控机床1、1-6数控机床2、1-7数控机床3

2-1锯齿限位装置、2-2接近开关

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明装置总体框图如图1所示，由1-1上料传送带、1-2下料传送带、1-3传送带控制部分、1-4机器人、1-5数控机床1、1-6数控机床2和1-7数控机床3组成，1-3传送带控制部分与1-4机器人之间通过I/O端子进行交互，1-4机器人与三个数控机床也通过I/O端子进行交互。

传送带有手动、自动两种运行模式，在手动模式下，可以通过上下料前进或后退按钮分别手动控制上下料传送带的前进和后退，手动模式一般用于装置的调试阶段。自动运行模式下，1-1上料传送带摆放待加工的零件，零件在1-1上料传送带上可排成9列，9列零件沿着1-1上料传送带的前进方向移动，1-1上料传送带首端装有2-1锯齿限位装置，2-1锯齿限位装置上装有9个2-2接近开关传感器，2-2接近开关用于检测是否有零件运送到1-1上料传送带的首端，当零件传送到1-1上料传动带首端时，2-1锯齿限位装置阻止零件的继续前进，2-2接近开关检测到零件并将信号传递给1-3传送带控制部分，1-3传送带控制部分立即停止1-1上料传送带的运行。1-3传送带控制部分的4个输出端子接线到1-4机器人的输入端子，这4个信号以二进制编码的形式向1-4机器人发送零件位置信号，数字1～9分别表示第几个位置有零件供机器人抓取，发送0表示9个位置均没有零件，此时，1-4机器人不能抓取。如果多个位置均有零件，则发送编号最小的位置编号。1-4机器人的2个输出端接线到1-3传送带控制部分的输入端子，1-4机器人借助这两个输出端向传送带发送Ready和Step信号，1-4机器人在抓取零件的过程中，为了防止碰撞，不允许1-1上料传送带移动，只有1-4机器人将零件抓到一定高度时，将Ready信号置为高电平，并且9个位置均没有零件时才允许1-1上料传送带继续前进上料。1-4机器人在1-2下料传送带摆满9列加工完的零件后，向1-3传送带控制部分发送一个Step脉冲信号，1-3传送带控制部分控制1-2下料传送带步进一段距离，以留出空间码放下一列零件，1-2下料传送带的尾端安装一个接近开关，此接近开关用于检测1-2下料传送带是否码放满零件，如果码放满，则由1-3传送带控制部分停止上下料传送带的移动，并控制声光报警器报警。

1-4机器人采用示教方式记录9个零件的位置坐标，1-3传送带控制部分只需将位置编号1～9发送给1-4机器人，1-4机器人即可根据记录的位置坐标准确抓取不同位置的零件。1-3传送带控制部分利用2-1锯齿限位装置和2-2接近开关定位和检测不同位置的零件，与基于视觉传感器的检测和定位装置相比，本装置成本低，实用性强，可靠性高。1-4机器人将零件从1-1上料传送带抓取后放入1-5数控机床1，并启动1-5数控机床1运行加工，三台数控机床负责零件的加工，根据零件加工工序要求，数控机床可以设置一台或多台，每台机床完成一个工序，每台数控机床只与1-4机器人进行交互。1-4机器人的末端装有两个气爪，利用电机旋转控制两个气爪的位置，每个数控机床加工完成之后，向1-4机器人发送加工完成信号，1-4机器人利用一个气爪将零件从一个数控机床取出，同时利用另一个气爪放入待加工的零件，并启动该数控机床，取出的零件准备放入下一个数控机床，如此按照顺序加工，直至最后一个数控机床加工完成之后，1-4机器人将零件取出，按照一列9个顺序码放到1-2下料传送带，每码放完一列零件，控制1-2下料传送带步进一段距离。1-4机器人将零件码放到1-2下料传送带后，返回1-1上料传送带抓取待加工的零件。利用两个气爪抓放可以大大提高加工效率，整个加工过程不需要人工参与，实现全自动运行。

1-3传送带控制部分与1-4机器人之间以及1-4机器人与数控机床之间均利用I/O端子进行交互。与RS485通信或者以太网通信方式交互相比，利用I/O端子交互，不需要专门的硬件通信接口和通信电缆，避免了复杂的网络通信编程，而且I/O信号均采用继电器和光电隔离措施，每个信号线只传递高低电平信号，提高了抗干扰能力，保证了交互的可靠性。

1-1上料传送带的上料速度应根据1-1传送带的零件数量和分布及时调整，例如，当1-1上料传送带的首部没有零件或者零件较少时，1-1上料传送带应以较快的速度上料，以提高生产效率；当1-1上料传送带的首部、中部和尾部均有较多的零件时，1-1上料传送带应以较低的速度上料，以防止零件在1-1上料传送带首部的堆积和碰撞；当1-1上料传送带上的零件过多超重时，电机无法拖动1-1传送带运行时，或者当1-1上料传送带上没有零件时，应停止1-1上料传送带的运行，并发出警报。为了能够及时调整1-1上料传送带的运行速度，在1-1上料传送带的首部、中部和尾部分别安装重量传感器，用于检测1-1上料传送带首部、中部和尾部的零件数量，重量传感器的输出信号为4-20mA电流信号，该电流信号输入1-3传送带控制部分，根据模糊逻辑推理算法，调整1-1上料传送带的运行速度。1-1上料传送带的首部、中部和尾部重量传感器的输出信号分别为g₁、g₂和g₃，利用模糊逻辑推理算法确定1-1上料传送带的速度，模糊逻辑推理的输入语言变量为g₁、g₂和g₃；输出语言变量为1-1上料传送带运行的速度V_f，模糊推逻辑推理结构如图3所示。采用三角形隶属度函数对输入、输出语言变量模糊化，模糊规则根据操作员控制经验的确定，模糊逻辑决策方法采用Mamdani极大极小推理法，精确化方法采用重心法。由于模糊逻辑推理的推理规则存在不完善性，因此，推理得到的1-1上料传送带运行的速度V_f需要根据式(1)进行修正：

式中，exp()为以自然常数e为底的指数函数，a为速度调整系数，一般取1，V_max为1-1上料传送带允许的最大速度，V_c为修正后的速度。根据式(2)确定1-1上料传送带的运行速度V_r：

式中，V_min为1-1上料传送带允许的最低速度，设置最低速度的目的是为了避免传送带电机在较低速度时的爬行。

本发明的优点在于，利用传送带和机器人实现数控机床的自动上下料，利用2-1锯齿限位装置和2-2接近开关检测1-1上料传送带零件的位置，1-3传送带控制部分与1-4机器人之间、数控机床与1-4机器人之间均采用I/O交互方式，利用模糊逻辑推理实现1-1上料传送带速度的实时调整。本发明实现了机床零件加工的自动化，节约了人力，系统成本低，编程简单，提高了生产效率，适合工业生产使用。

Claims

1.一种数控机床自动上下料装置及其方法，其特征在于，整套装置由上料传送带、下料传送带、传送带控制部分、机器人和数控机床组成，上料传送带传送待加工的零件，下料传送带传送加工完的零件成品；上料传送带底部装有重量传感器，用于检测上料传送带上的零件数量，实时调整上料传送带的运行速度，以提高生产效率；传送带控制部分控制上下料传送带的自动运行，并利用I/O端子实现传送带与机器人的交互，将接近开关检测的零件位置发送给机器人，以便机器人抓取零件；零件加工完成之后，机器人将零件码放到下料传送带；机器人负责零件的取放操作，并与传送带和数控机床进行交互，机器人可控制数控机床的启停，数控机床加工完成后向机器人发出加工完成信号；数控机床负责零件的加工，数控机床可以设置一台或多台，每台机床完成一个工序，数控机床只与机器人进行交互。

2.根据权利要求1所述的一种数控机床自动上下料装置及其方法，其特征在于，机器人采用示教方式记录9个零件的位置坐标，传送带控制部分只需将位置编号1～9发送给机器人，机器人即可根据记录的位置坐标准确抓取不同位置的零件；传送带控制部分利用锯齿限位装置和接近开关定位和检测不同位置的零件，与基于视觉传感器的检测和定位装置相比，本装置成本低，实用性强，可靠性高。

3.根据权利要求1所述的一种数控机床自动上下料装置及其方法，其特征在于，上料传送带的上料速度应根据传送带的零件数量和分布及时调整，在上料传送带的首部、中部和尾部分别安装重量传感器，用于检测上料传送带首部、中部和尾部的零件数量，重量传感器的输出信号为4-20mA电流信号，该电流信号输入传送带控制部分，根据模糊逻辑推理算法，调整上料传送带的运行速度；上料传送带的首部、中部和尾部重量传感器的输出信号分别为g₁、g₂和g₃，利用模糊逻辑推理算法确定上料传送带的速度，模糊逻辑推理的输入语言变量为g₁、g₂和g₃，输出语言变量为上料传送带运行的速度V_f；采用三角形隶属度函数对输入、输出语言变量模糊化，模糊规则根据操作员控制经验的确定，模糊逻辑决策方法采用Mamdani极大极小推理法，精确化方法采用重心法。

4.根据权利要求1所述的一种数控机床自动上下料装置及其方法，其特征在于，由于模糊逻辑推理的推理规则存在不完善性，因此，推理得到的上料传送带运行的速度V_f需要根据式(1)进行修正：

式中，exp()为以自然常数e为底的指数函数，a为速度调整系数，一般取1，V_max为上料传送带允许的最大速度，V_c为修正后的速度，根据式(2)确定上料传送带的运行速度V_r：

式中，V_min为上料传送带允许的最低速度，设置最低速度的目的是为了避免传送带电机在较低速度时的爬行。