第五篇應用篇——工業機器人技術應用

任務三工業機器人上下料第五篇應用篇——工業機器人世界漫游

1.了解工業機器人上下料工作站建立、配置；2.掌握上下料工作站的通訊建立、IO信號配置；3掌握西門子數控系統與機器人、PLC系統的聯調；4.會上下料任務機器人、PLC程序編程與調試。5.3工業機器人上下料任務描述

5.3工業機器人上下料

汽車行業過去一直是工業機器人應用最主要領域，隨著自動化需求的提升，工業機器人應用得到更大的拓展，除傳統的焊接、物料搬運碼垛、打磨、噴涂、裝配應用外，工業機器人在機床上下料等領域也得到了廣泛應用（圖5-40）。圖5-40CNC機床上下料機器人5.3工業機器人上下料

任務功能簡介：本任務上下料工作站由ABB工業機器人、總控單元PLC、加工單元西門子828D數控系統、加工單元的遠程IO模塊組成。在機床上下料工作站中對總控單元的PLC1進行配置，建立與加工單元的遠程IO模塊通訊；對工業機器人進行配置建立機器人擴展IO模塊與PLC1的通訊，并根據電路圖紙建立信號表。工業機器人將輪轂零件放入加工單元的數控銑床進行加工，加工完成后，機器人將輪轂零件取出。圖5-41上下料任務示意圖5.3工業機器人上下料

一、工業機器人遠程模塊通訊1、工業機器人擴展IO模塊當工業機器人的標準IO板的IO點位數無法滿足實際應用需求時，可以為工業機器人添加擴展IO模塊，工業機器人擴展IO模塊包括兩個組成部分：工業機器人擴展IO適配器和輸入輸出板卡。工業機器人擴展IO適配器，支持Devicenet通信，模塊化的結構可以自由增加、減少IO板卡，從而滿足數字量輸入輸出和模擬量輸入輸出。本工作站選用的smartLink遠程I/O是南京華太推出的高性能總線通用遠程I/O模塊，為用戶節約成本，簡化配線，提高系統可靠性提供了更好的選擇。目前FR系列適配器種類多，支持主流的現場總線和工業以太網。5.3工業機器人上下料

數字量輸入模塊是用來采集現場的數字量信號，其中FR1108是PNP型（高電平有效），它具有8個數字量輸入點數。數字量輸出模塊，用于給現場設備輸出數字量信號，FR2108為源型輸出,它具有8個數字量輸出點數。模擬量輸出模塊，用于給現場設備輸出模擬量信號，FR4004為電壓型模擬量輸出(12bit),它具有4個模擬量輸出點數。圖5-42工業機器人擴展IO適配器圖5-43FR1108數字量輸入模塊5.3工業機器人上下料

工業機器人擴展IO適配器后面添加7個IO輸入輸出板卡，適配器Devicenet接口和機器人控制柜前側板上的XS17Devicenet接口通過信號線相連。XS17Devicenet接口適配器Devicenet接口FR1108FR1108FR2108FR2108FR2108FR2108FR40045.3工業機器人上下料

2、工業機器人擴展IO模塊配置點擊“ABB主菜單”，點擊“控制面板”，點擊“配置”，點擊“DeviceNetDevice(圖5-45（a），點擊“添加”(圖5-45（b）)。（a）（b）5.3工業機器人上下料

選擇“DeviceNetGenericDevice”通用IO模塊配置(圖5-45（c）)，IO板命名為Board11(圖5-45（d）)，（c）（d）5.3工業機器人上下料

需要設置的參數為圖5-45（e）和圖5-45（f）中的參數，設置完成后進行重啟。（e）（f）5.3工業機器人上下料

二、西門子828D數控銑床編程1、程序的管理通過“PROGRAMMANAGER”按鍵進入828D的程序管界面：（1）在程序編輯界面垂直軟件區可以對程序進行管理操作（2）在程序編輯界面水平軟鍵區可以選擇程序處理的存儲位置（3）NC為數控系統計算機存儲區域圖5-46828D程序管理界面5.3工業機器人上下料

通過“INPUT”配合光標區按鍵打開相關程序文件夾。其中DIR為文件夾，MPF為主程序，SPF為子程序，WPD為工件程序文件夾。圖5-47828D程序文件夾5.3工業機器人上下料

2、程序的新建選擇需要新建的程序類型和文件夾，選擇【新建】，選擇類型，輸入名稱完成新建。圖5-48新建828D程序5.3工業機器人上下料

在程序編輯界面可以對程序語句進行編輯操作。可以為建立的程序自動編號，在程序打開界面處，將光標移動至程序開頭依次點擊

，輸入首程序號和步距，點擊確認即可完成間隔相同的自動編號。圖5-49828D程序編輯界面5.3工業機器人上下料

3、常用編程指令介紹（1）M指令：使用M功能指令可以在機床上控制一些開關操作，比如“切削液開/關”和其他機床功能。常用的M指令及含義如下：M00程序停止M01選擇停止M02主程序結束，復位到程序開始M03主軸順時針轉M04主軸逆時針轉M05主軸停止M06刀具更換M17子程序結束M30程序結束(同M02)5.3工業機器人上下料

（2）換刀指令：在鏈式、盤式和平面刀庫中，換刀過程一般分為兩步。①使用T指令在刀庫中查找刀具；②接著使用M指令將刀具換入主軸。（3）編程格式：①刀具選擇形式可以為：T=<刀位>或者T=<名稱>②換刀③取消選擇刀具T0例如：T=“立銑刀12”M6按照用戶的編程習慣，也可以使用數字作為刀具名稱（如“3”），換刀指令也可以表示為：T3M6，即將刀具名稱為“3”的刀具換到主軸上，等同于指令T=“3”M65.3工業機器人上下料

（4）主軸轉速S指令設定主軸轉速和旋轉方向使主軸旋轉，它是切削加工的前提條件。對于主軸，S指令是控制主軸的轉速（r/min）。例如：N10S300M03;主軸轉速300r/min,順時針旋轉。（5）進給率指令(G93,G94,G95,F)使用進給率F指令可以為所有參與加工工序的軸設置進給率。指令：G93/G94/G95F…其中：G93：反比時間進給率，1/minG94:線性進給率，mm/min，in/min或者（°）/minG95:旋轉進給率，mm/r或in/r,以主軸轉速為基準F…:參與運動的幾何軸的進給速度，G93/G94/G95設置的單位有效。例如：G94G1Z6F400;進給速度為400mm/min在z方向以直線插補模式運動6mm。5.3工業機器人上下料

（6）快速運行G0快速運行用于刀具的快速定位、工件繞行、接近換刀點和退刀點等空成運行。使用RTLIOF來激活非線性插補，而使用RTLION來激活線性插補。編程格式：G0X…Y…Z…G0激活快速運行的指令，X…Y…Z…以直角坐標系給定的終點G0AP=…AP=…以極坐標給定的終點，指令極角G0RP=…RP=…以極坐標給定的終點，指令半徑RTLIONRTLION 線性插補運行RTLIOFRTLIOF 非線性插補運行5.3工業機器人上下料

（7）線性插補G1使用G1可以讓刀具在與軸平行、傾斜的或者空間內任性擺放的直線方向上運動。可以用線性插補功能加工3D平面。編程格式：G1X…Y…Z…FG1線性插補，X…Y…Z…以直角坐標給定的終點G1AP=…RP=…F…AP=…以極坐標給定的終點，指令極角RP=…以極坐標給定的終點，指令半徑F…單位為（mm/min）進給速度,刀具以這個速率從當前位置向編程終點位置直線運行G1加工工件時必須給出進給速度、主軸轉速S和主軸旋轉方向M3/M4。5.3工業機器人上下料

（8）圓弧插補（G2/G3，X…Y…Z…I…J…K…）圓弧插補允許對整圓或者圓弧進行加工。G2為順時針方向旋轉，G3為逆時針方向旋轉。編程格式：G2/G3X…Y…Z…I…J…K…；其中：X…Y…Z…終點絕對坐標I…J…K…圓心相對圓弧起點的偏移量G2/G3X…Y…Z…I=AC(…)J=AC(…)K=AC(…)；其中：X…Y…Z…終點絕對坐標I=AC(…)J=AC(…)K=AC(…)圓心絕對坐標5.3工業機器人上下料

（9）暫停時間指令G4使用G4可以在兩個程序之間設定一個“暫停時間”，在此時間內工件加工中斷。G4指令會中斷連續路徑運行，該指令在程序段有效。編程格式：G4F…；在地址F下設定暫停時間，單位為s。G4S…；在地址S下設定暫停時間，單位為r(主軸轉數)。5.3.1IO信號配置

對工業機器人進行IO模塊配置，建立DSQC652及擴展IO模塊，并根據電路圖紙建立信號表，手動測試快換工具的鎖定、釋放以及工具工作。1、DSQC652板配置及信號表的建立配置DSQC652板在DeviceNet現場總線上的地址，再根據信號接線圖建立與DSQC652板相關的IO信號，在示教器中建立相關數字量輸入及數字量輸出信號。硬件設備端口號信號名稱功能描述對應關系機器人DSQC652IO板（XS14接口）1d01快換裝置動作快換裝置2d02夾爪類工具動作夾爪類工具3d03吸盤類工具動作吸盤類工具4d04打磨類工具動作打磨類工具圖5-50在示教器中建立數字量輸出信號5.3.1IO信號配置

2、擴展IO模塊配置及IO信號表的建立配置擴展IO模塊在DeviceNet現場總線上的地址及設置相關參數，IO模塊的介紹及配置方法見知識儲備。圖5-51IO擴展模塊配置5.3.1IO信號配置

根據信號接線圖在建立與IO擴展模塊相關的IO信號，在示教器中建立相關數字量組輸出及數字量輸出信號。硬件設備端口號信號名稱功能描述硬件設備端口號信號名稱功能描述擴展模塊FR2108數字量輸出模塊24fgo24_31機器人請求流程工序擴展模塊FR1108數字量輸入模塊0fgi0_7PLC應答流程工序25126227328429530631717fdo16開關門

表5-7IO擴展模塊信號圖5-52擴展模塊組輸入輸出IO信號建立5.3.2PLC信號配置

1.總控單元PLC通訊配置在實際應用中，只需將遠程I/O模塊當作硬件設備看待，將其在博途項目中加入總控單元PLC的網絡。在網絡視圖中，從硬件目錄中找到FR8210適配器，將其拖拽至網絡視圖中。將新添加的FR8210適配器添加進PLC的網絡組態，名字分別命名為“CNC”和“ZHIXING”。圖5-53總控單元PLC組態5.3.2PLC信號配置

在設備視圖中，分別給“CNC”和“ZHIXING”兩個遠程模塊修改適配器的IP地址（圖5-54），但需與PLC在同一網段中。圖5-54遠程模塊修改適配器的IP地址5.3.2PLC信號配置

在設備概覽窗口中，通過拖拽的方式為適配器添加I/O模塊，并分配相應的IO地址。圖5-55遠程模塊添加IO模塊5.3.2PLC信號配置

2.信號表建立根據信號接線圖建立與加工單元遠程模塊相關的IO信號。序號硬件設備IO點功能描述對應硬件設備1加工單元遠程IO模塊I23.0CNC運行中CNC2I23.1安全門1開3I23.2安全門2開4I23.3CNC加工完成5I23.4夾具前位6I23.5夾具后位7I23.6CNC暫停8I23.7安全門關閉9Q23.0遠程啟動CNC10Q23.1遠程控制夾爪夾緊張開11Q23.2遠程控制安全門112Q23.3遠程控制安全門213Q23.4遠程控制夾具前移14Q23.5遠程控制夾具后移15Q23.6CNC繼續運行16Q23.7數控-總控PLC備用信號17機器人遠程IO模塊I18.0CNC前門開機器人18QB16fgi0_719IB19fgo24_31表5-8PLC信號接線圖5.3.3數控加工程序編寫

對數控系統進行編程，完成加工程序。工步工步內容刀具主軸轉速（r/min）進給速度（mm/min）切削深度（mm）類型刀刃直徑（mm）1粗銑雙刃螺旋銑刀Φ230002000.52精銑球頭銑刀Φ235001000.5表5-9數控加工工藝表圖5-56加工零件圖紙5.3.3數控加工程序編寫

1、加工圖形分析加工的圖形是關于圓心對稱的圖形，編程時的坐標原點放在加工面的中心，即工件坐標系的原點設置為加工圓形塊的中心。圖5-57工件坐標系的原點設置N130G1X-6Y5N140G1X-6Y-5N150G1X-4Y-5N160G1X-4Y-10N170G1X4Y-12N180G1X4Y-5N190G1X6Y-5N200G1X6Y5N210G1Z20N220M5N230G0Z90N240G0X-100Y-100N250M305.3.3數控加工程序編寫

2、加工程序編寫N10G58N20M6T3N30G0X0Y0N40G0Z50N50M3S3000N60G1Z20F200N70G1X6Y5N80G1Z-1N90G1X4Y5N100G1X4Y10N110G1X-4Y12N120G1X-4Y55.3.4上下料程序編寫

1、控制流程圖主程序框架流程圖如圖5-58所示。圖5-58上下料程序框架5.3.4上下料程序編寫

2、機器人程序設計（1）主程序設計PROCmain()rInitAll;MoveAbsJyou\NoEOffs,v1000,fine,tool0;SetGOfgo24_31,28; !請求取/放工件WaitGIfgi0_7,28; !允許取/放工件Setfdo16; !請求開門WaitGIfgi0_7,29; !門開到位5.3.4上下料程序編寫

MoveJOffs(CNC_FLD,0,0,100),v1000,z10,tool0;MoveLOffs(CNC_FLD,0,0,50),v1000,z10,tool0;MoveLOffs(CNC_FLD,0,0,0),v50,fine,tool0;WaitTime0.5;Resetdo2; !放工件WaitTime0.5;MoveLOffs(CNC_FLD,0,0,50),v1000,fine,tool0;MoveLOffs(CNC_FLD,0,0,100),v1000,z10,tool0;MoveAbsJyou\NoEOffs,v1000,fine,tool0;Resetfdo16; !請求關門 WaitGIfgi0_7,30; !門關到位5.3.4上下料程序編寫

SetGOfgo24_31,29; !取放完成WaitTime2;MoveAbsJyou\NoEOffs,v1000,fine,tool0;SetGOfgo24_31,28; !請求取/放工件WaitGIfgi0_7,28; !允許取/放工件Setfdo16; !請求開門WaitGIfgi0_7,29; !門開到位MoveJOffs(CNC_FLD,0,0,100),v1000,z10,tool0;MoveLOffs(CNC_FLD,0,0,50),v1000,z10,tool0;MoveLOffs(CNC_FLD,0,0,0),v50,fine,tool0;5.3.4上下料程序編寫

WaitTime0.5;Setdo2; !取工件WaitTime0.5;MoveLOffs(CNC_FLD,0,0,50),v1000,fine,tool0;MoveLOffs(CNC_FLD,0,0,100),v1000,z10,tool0;MoveAbsJyou\NoEOffs,v1000,fine,tool0;Resetfdo16; !請求關門 SetGOfgo24_31,0; !復位ENDPROC5.3.4上下料程序編寫

（2）初始化子程序設計初始化子程序設定機器人速度和加速度參數、復位夾爪、開關門、請求求取/放工件信號、機器人回到原始位置等功能。PROCrInitAll()VelSet70,1000;AccSet70,70;SetGOfgo24_31,0;Setdo2;Resetfdo16;MoveAbsJyou\NoEOffs,v1000,fine,tool0;ENDPROC5.3.4上下料程序編寫

3、PLC程序設計（1）PLC編程思路①使用比較指令處理PLC收到機器人發送的請求放料組信號值，當PLC輸入端信號數值等于機器人發送的組信號數值時信號為1導通②加工單元遠程IO模塊FR1108的接線端子