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【摘要】為提高某端蓋零件加工制造效率，實現生產設備智能化改造，結合零件工藝要求特點，在分析制定加工工序和多軸機器人的上下料流程的基礎上，模塊化設計端蓋零件智能制造控制系統。詳細描述端蓋零件智能制造系統的聯機調試運行流程，實現制造過程智能化與信息化。經過工程驗證，所設計系統運行可靠。
【關鍵詞】端蓋；多軸機器人；智能制造
在傳統制造業智能化改造升級過程中，多軸機器人廣泛應用于智能制造單元完成毛坯及工件的上下料、工件移位翻轉等工序，可以降低產業工人的勞動強度，從而快速提高生產效率，成為越來越多工廠智能化升級改造的首要選擇[1，2]。端蓋零件是機械加工中常見的典型零件之一，由于其結構特點一般需要車銑復合加工完成，多次裝夾加工效率低，工人勞動強度較大[3]，為此設計智能制造單元加工系統。本文以典型端蓋零件為載體，設計智能制造工藝，研究智能制造單元控制系統方案，包括零件工藝分析，機器人上下料軌跡規劃，機床及機器人聯機調試等內容。通過設備聯調與試加工，系統穩定運行，達到提高生產效率目的。
1智能制造系統硬件組成
如圖1所示端蓋零件智能制造系統硬件主要由控制中心、多軸移動機器人、自動化料倉、數控車床、翻轉平臺和數控加工中心六部分組成?？刂浦行淖鳛樯衔粰C發送加工需求指令并實時監控設備的運行狀態，多軸移動機器人主要完成銜接不同設備加工工序的上下料動作，自動化料倉可以分批次存儲毛坯件和加工后的成品工件，數控車床與數控加工中心針對端蓋零件的不同工藝要求完成相應特征加工。
2智能制造工藝
2.1端蓋零件工藝分析
根據零件圖紙工藝要求安排加工工序，選擇相應帶有以太網功能、配備電動門、吹氣液壓卡盤的數控車床和數控鉆攻中心[4，5]，加工工序安排如表1所示。
2.2機器人機床上下料規劃
根據智能制造系統控制要求，選用具有移動軸的多軸機器人實現加工設備間上下料搬運，選用具備定位功能的翻轉臺輔助進行加工端面切換，選用具備送料臺和下料臺自檢初始化的自動化料倉，多設備配合完成智能制造單元的智能制造過程[6]。運行過程由控制臺下發生產指令，自動化料倉初始化，保障送料臺位置有毛坯。多軸移動機器人在自動化料倉送料臺位置抓取毛坯后等待數控車床換料請求信號，當車床完成加工工序后向多軸機器人發送換料請求信號。多軸機器人收到換料請求信號后進入車床進行上下料換料流程，并按照工序安排放置工件半成品到翻轉平臺調整加工端面，車床加工完成后送入數控鉆攻中心，最后加工工序完成后再由多軸機器人將工件成品抓取放入自動化料倉，循環執行直到完成生產任務實現智能制造過程，具體流程如圖2所示。
3控制系統設計
3.1功能模塊設計
端蓋零件智能制造系統是由多自動化設備硬件組成的復雜智能制造系統，負責全局監控所有參與加工制造的各自動化設備。基于Windows10系統進行開發，利用C#面向對象設計系統各部分功能。如圖3所示，系統主要由用戶管理、機床運行狀態監控、機械手動作狀態監控、料倉管理、故障記錄與診斷、設備參數調試、生產效能管理等模塊組成。生產效能管理模塊用于下發生產指令，統計工件生產進度計算生產效率，直觀反映所有設備利用率、工件加工效率，便于安排調整生產進度。設備參數調試模塊可以對系統中參與加工制造的各設備的關鍵參數進行調試，如數控設備的X/Y信號、G信號等參數。故障記錄與診斷模塊用于記錄加工過程中的故障報警代碼。料倉管理模塊實現物料的準備與工件成品的回收工作。多軸機器人狀態監控模塊用于檢測機器人動作狀態，機床運行狀態監控用于監測加工過程中的機床位移數據、加工代碼運行情況、刀具管理數據等。用戶管理模塊對系統使用者權限進行設置，保護系統專業參數不被隨意修改。
3.2聯機調試流程分析
在數控機床與多軸移動機器人之間建立通訊連接，首先通過機器人控制器輸出信號檢測機床執行動作（液壓卡盤動作、氣動門動作），只有當機床執行動作正常時，才可以連機運行。如控制器輸出信號機床無法檢測到，無執行動作，不可以連機運行，以免造成機器人與機床動作不銜接出現碰撞。端蓋零件智能制造系統聯調運行程序流程如圖4所示，設備上電后先要開啟加工設備（包括數控車床和鉆攻中心）的循環啟動模式，并打開聯機模式。接著對自動化物料臺進行初始化，為開始生產前準備毛坯物料。將多軸機器人設定為自動模式，并移動至自動化料倉進行毛坯物料抓取。控制臺發送循環加工指令，機器人開始為數控機床上料，數控機床完成加工任務后循環執行下一個端蓋零件的智能制造加工流程直至完成加工任務。
4工程驗證
為驗證端蓋零件智能制造系統運行情況，證實所設計機器人機床上下料節拍的流暢性，搭建如圖5所示端蓋零件智能制造系統真實生產線。由控制中心發送批量生產信號，數控車床完成工件加工任務，多軸移動機器人與自動化料倉配合實現工序之間的上下料動作，減少了原先需要人工裝夾的時間。經過實際設備聯調，端蓋零件智能制造系統各設備運行可靠、穩定，可以實現端蓋零件批量化生產。
5結束語
針對端蓋零件制造工藝特點，分析制定加工工序和多軸機器人的上下料流程，模塊化設計端蓋零件智能制造控制系統，實現端蓋零件制造過程智能化與信息化。工程驗證用所設計的智能制造控制系統可靠穩定運行，提高了單個零件的生產效率，該研究為其他典型零部件的智能化改造升級提供一種新解決思路。
作者：張秋杰 單位：廣西職業技術學院智能制造學院