基于ABB IRB2600機械手的一種數控車床自動上下料輸送裝備的設計

經 韜,李 麒

(1．黑龍江省科學院高技術研究院，黑龍江 哈爾濱 150001；2．黑龍江省科學院智能制造研究所，黑龍江 哈爾濱 150090）

1 引言

本文針對某生產車間成系列加工件的數控車削生產工藝開展深入研究，以ABB IRB2600機械手[1-3]為核心柔性單元，西門子S7-1200系列PLC[4-5]為過程控制單元，圍繞現有的單機數控車床設計一種自動上下料輸送裝備，以期提高生產該系列加工件的作業效率。

2 裝備總體方案設計

2.1 裝備設計要點

本文所設計數控車床自動上下料輸送裝備的總體方案如圖1所示，主要由主控制柜3、ABB 分控器4、上料輸送機5、IRB2600 機械手7、數控車床8、超聲清洗烘干機6、影像測量儀2、下料輸送機1等設備機構組成，其設計要點如下：

(1) 數控車床8為生產車間的原有設備，其他設備機構的設計、選型及空間布局均以數控車床8的原有生產節拍和工藝要求為初始參考依據；

(2) 主控制柜3 包含一套工業計算機和一臺西門子S7-1200 系列PLC 的主控單元，工業計算機用于提供人機交互接口，可利用網絡交換機實現與PLC 主控單元以及其他設備間的通訊，PLC 主控單元用于獲取各個設備提供的開關量信號并對它們進行過程控制；

(3) ABB 分控器4 遵循主控制柜3 發出的過程控制指令，操控IRB2600機械手7按事先編寫的程序逐一完成規定動作并將結果實時反饋至主控制柜3；

(4) IRB2600 機械手7 是整個裝備的柔性單元，可拾取上料輸送機5傳遞的工件坯料，將其夾持至數控車床8進行加工，并將加工好的工件夾持至超聲清洗烘干機6進行表面清理，之后將清理好的工件夾持至影像測量儀2進行尺寸檢測，最后將檢測完畢的工件放置于下料輸送機1上以便后續相關作業的開展；

(5) 上料輸送機5、下料輸送機1 分別負責接收來自上道工序的工件坯料并將加工好的工件傳遞至下道工序，二者各擁有一臺艾莫迅ETH-MODBUS 開關量采集模塊，可通過以太網RJ45 接口與主控制柜3 中的S7-1200 PLC主控單元進行通訊并受其控制；

(6) 超聲清洗烘干機6可對數控車床8生產的加工件進行清洗和烘干，以去除工件表面的切屑、灰塵等雜質。該設備內含的循環泵、超聲波發生器、電磁閥等開關元件由主控制柜3 中的S7-1200PLC 主控單元通過繼電器進行控制；

(7) 影像測量儀2 用于檢測清理好的加工件是否符合工藝要求，其檢測程序按工藝要求單獨編寫，可通過TCP/IP 通訊協議由主控制柜3 中的工業計算機按照具體的加工件型號類別配套調用。

2.2 裝備工藝流程

數控車床自動上下料輸送裝備工藝流程的動作要點及核心目的如表1所示，可分為13 個子步驟。由于原數控車床加工生產多種型號尺寸的軸類零件，其長短大小以及機械手可夾持的位置不盡相同，因此需要通過實驗示教的方法確定每種型號加工件對應IRB2600機械手的運動特征點位，編寫出合適的機械手運動軌跡程序。此外，裝備選用的影像測量儀也屬于相對獨立的設備，需要針對每種型號的加工件編寫對應的檢測程序?？梢缘弥?，每種型號的加工件應配套編寫與之相適應的數控車床加工程序、機械手運動程序以及影像測量儀檢測程序，在確定加工件型號的同時，由裝備進行調用。

表1 自動上下料輸送裝備工藝流程

3 裝備電控系統設計

3.1 ABB IRB2600機械手簡介

IRB2600機械手是ABB公司“鋒芒一代”系列工業機器人的經典型號，其性能參數如表2所示。該機型機身緊湊、負載能力強、設計優化，適合弧焊、物料搬運、上下料等目標應用，其重復工作精度為同類產品之最，操作速度更快，生產節拍與行業標準相比最多可縮減25%，工作范圍超大，可靈活選擇落地、壁掛、支架、斜置、倒裝等安裝方式。綜合考慮IRB2600 機械手的各種優秀性能，本文決定采用該型號機械手及其配套的IRC5 單柜控制器作為數控車床自動上下料輸送裝備的核心柔性單元。

表2 IRB2600機械手性能參數

3.2 電控系統的搭建

數控車床自動上下料輸送裝備電控系統的技術路線如圖2所示，其中設備間的通訊依靠一臺研華Industrial Ethernet Switch網絡交換機實現；數控車床為原生產車間使用的沈陽機床廠出品的HTC40E 數控車床，可通過加裝一臺艾莫迅ETH-MODBUS-IO16R開關量采集模塊讀取和傳遞系統過程控制所需的開關量信號；S7-1200-1211C 主控單元負責按照表1出示的工藝流程獲取各個設備提供的開關量信號并對它們進行過程控制，其主程序0B1的梯形圖如圖3-圖9所示。

4 結束語

本文以ABB IRB2600機械手為核心柔性單元，西門子S7-1200 系列PLC 為過程控制單元，圍繞現有的單機數控車床設計了一種自動上下料輸送裝備。該裝備配有上料輸送機、超聲清洗烘干機、影像測量儀、下料輸送機等設備，可在原有對工件坯料進行數控車削的基礎上，實現對加工件的自動上、下料及其表面清理、精度檢測等工作，擴展了原有設備的使用功能，提高了生產車間的作業效率。