郭超

摘要：本文對數(shù)控機床技術(shù)進行分析，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計機器人群控智能制造系統(tǒng)，在實際案例中探究該系統(tǒng)的應(yīng)用方式，最后提出智能制造技術(shù)的應(yīng)用要點。該系統(tǒng)可通過檢測臺自動測量，將帶有誤差的工件傳遞到數(shù)控系統(tǒng)，由系統(tǒng)完成自動補償，并利用機器人將工件抓取到指定位置，實現(xiàn)智能運輸。在實際應(yīng)用中，還應(yīng)通過智能分類資源、強化創(chuàng)新思維、引入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方式，提高機械設(shè)計技術(shù)水平，以滿足智能制造技術(shù)要求。

關(guān)鍵詞：智能制造;機械設(shè)計;技術(shù)應(yīng)用

中圖分類號：TH122? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）16-0196-02

0? 引言

在科技不斷發(fā)展下，我國制造業(yè)正逐漸從人工朝著智能機械方向轉(zhuǎn)變。一些工作環(huán)境惡劣、技術(shù)含量低的崗位逐漸用機器人來完成。與國外相比，我國機械設(shè)計技術(shù)起步較晚，更應(yīng)牢牢把握智能制造時代機遇，對機械設(shè)計技術(shù)進行創(chuàng)新，本文研制的機器人群控智能制造系統(tǒng)，通過強化創(chuàng)新思維，引入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對各項資源智能分類等方式，可有效推動國內(nèi)機械制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1? 數(shù)控機床技術(shù)

數(shù)控機床是集機械、液壓、氣壓與傳感器等技術(shù)為一體的自動化設(shè)備，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中得到普遍應(yīng)用。在智能制造時代下，數(shù)控系統(tǒng)（CNC）逐漸成為核心控制器，可通過發(fā)送數(shù)字指令的方式對伺服系統(tǒng)與其他元件進行控制，操控機床生產(chǎn)出所需工件，為機械設(shè)備與技術(shù)的智能化轉(zhuǎn)型提供極大幫助，其主要功能模塊（圖1）及技術(shù)特點如下：

①CNC作為數(shù)控機床控制核心，在出廠之前安裝CNC后，用戶不可隨意調(diào)整CNC的位置與速度，但可利用C語言對其進行二次開發(fā);②CNC存儲器主要包括兩種，一種為隨機型SRAM，另一種為只讀F-ROM，前者包括PMC與CNC參數(shù)，后者包括PMC控制軟件與程序等。在通電狀態(tài)下，BOOT系統(tǒng)可將控制軟件運輸?shù)紻-RAM內(nèi)，依照程序?qū)ζ鋵嵤〤NC處理。在斷電狀態(tài)下，D-RAM內(nèi)的數(shù)據(jù)便會全部消失;③軸卡對數(shù)字伺服CPU具有控制作用，可對機床位置、速度與電流等進行調(diào)節(jié)。將伺服CPU運算結(jié)果經(jīng)過串行通信傳送給伺服放大器，由放大器對信號放大處理，進而實現(xiàn)電動機通電并轉(zhuǎn)動[1]。

2? 機器人群控智能制造系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

2.1 整體設(shè)計

機器人群控智能制造系統(tǒng)以車間機械工件加工為對象，設(shè)計機床上/下料、主/從站、數(shù)控加工、信息化管理等多個單元，通過系統(tǒng)內(nèi)各單元協(xié)調(diào)運行，經(jīng)過自動加工、檢測、運輸與補償后，最終自動入庫，實現(xiàn)對工件的智能制造。該系統(tǒng)內(nèi)主站單位為整個系統(tǒng)核心控制器，可對各個單元進行實時管控，并與從站循環(huán)交換信息;從站單元包括自動清洗、倉儲、自動檢測與產(chǎn)品輸送等單元。該系統(tǒng)適用于小型車銑零件加工，完成自動化裝夾、自動排產(chǎn)、線內(nèi)清洗、自動補償?shù)裙δ?，有效提升產(chǎn)品質(zhì)量與加工效率，減少生產(chǎn)人員投入，提高生產(chǎn)效益[2]。

2.2 系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)功能主要通過不同單元狀態(tài)、人機交互、自主反饋等方式完成，可實現(xiàn)物理與信息系統(tǒng)協(xié)同，人與設(shè)備之間交互。在該系統(tǒng)運行中，利用機床上/下料單元將待加工工件運輸?shù)綌?shù)控加工單元，再根據(jù)總控單元指令完成工件加工，然后由上/下料單元將加工完畢的工件運送到檢測單元，在檢測臺上自動測量后，測量信息將上傳給總控單元，總控自動剔除不合格工件，由數(shù)控系統(tǒng)對工件誤差進行補償，再將不合格工件運送到機床中加工，由機器人單元完成加工、檢測、自動補償?shù)炔僮鳎罱K實現(xiàn)對工件的智能制造。該系統(tǒng)中機器人卡爪帶有傳感器，一旦抓取工件失敗會自動糾正，再次抓取，從而實現(xiàn)智能運輸。該系統(tǒng)主要功能如下：①倉儲單元，對原材料、殘次品與成品等進行自動出入庫管理;②數(shù)控加工，主要負(fù)責(zé)產(chǎn)品加工;③自動檢測，依靠自動檢測技術(shù)，保障產(chǎn)品質(zhì)量與工業(yè)全閉環(huán)相符;④自動清洗烘干，對工件自動清洗、烘干;⑤信息管理單元，采用信息手段對機床上下料、數(shù)控單元運行過程動態(tài)監(jiān)控，并對機器人運行中的關(guān)鍵信息進行處理，實時監(jiān)測機器人運行全過程，保障設(shè)備持續(xù)運行，降低停機頻率，使加工程序管理更加高效，同時也方便對設(shè)備進行科學(xué)維護。

2.3 應(yīng)用方法

在系統(tǒng)運行期間，當(dāng)機器人抓取到相應(yīng)工件并運輸?shù)街付ǖ攸c后，可將信號發(fā)送給數(shù)控機床，要求其開啟防護門。本文對機器人與機床間的信號傳遞進行重點分析。

2.3.1 機器人發(fā)送信號，機床接收

在該狀態(tài)下，機器人程序語句為：Signal：通知機床開啟防護門;然后查看機器人的接口地址，因機器人與主站間依靠I/O通信，可參考主站地址，對機器人傳輸信息與接口地址進行設(shè)計。根據(jù)圖紙可獲取機器人輸出signal硬件接口為OUT1，與之相對應(yīng)的主站信號為I0.4;在確定輸入信號后，可在S7-300PLC中設(shè)計邏輯程序，根據(jù)S7-300與S7-200間的通信協(xié)議，得出S7-300信號與S7-200信號的V0.4相對應(yīng)。在對機床PMC程序設(shè)計時，可先對S7-200信號接口地址Q0.1進行分析，與之對應(yīng)的輸入信號為X0.1，在PMC中程序設(shè)計如圖2所示。當(dāng)信號Y6.4為1時，將繼電器與接觸器相結(jié)合，可觸發(fā)防護門，使電磁閥與防護門開啟。待機床加工工件結(jié)束后，防護門便會自動開啟，此時液壓卡盤也會松開，機器人在接收信號后便會來抓取工件[3]。

2.3.2 機床發(fā)送信號，機器人接收

當(dāng)機床防護門與液壓卡盤到位后，便會發(fā)出信號Y6.0。機床從站通過I/O通信方式對硬件接口地址進行查看，并與主站地址相對比，由此設(shè)計S7-200輸出與輸入信號地址。根據(jù)圖紙可知，機床加工完成信號M24對S7-200PLC進行觸發(fā)，輸入信號為I1.3;在確定輸入信號后，可在PLC中設(shè)計邏輯程序，根據(jù)通信協(xié)議，由S7-200輸出信號與S7-300輸入信號相對應(yīng)，可將輸出信號發(fā)送給機器人。根據(jù)圖紙，將S7-300的輸出信號分別表示為Q0.3、Q0.4與Q0.5，分別對輸入的IN1、IN2與IN3機器人信號相對應(yīng)，利用AS語言可將其轉(zhuǎn)變?yōu)?001、1002與1003，由此可對機器人程序進行設(shè)計，即wait：1001、1002、1003三個信號。待滿足等待條件后，機器人便會移動到指定位置，按照事先設(shè)定的指令抓取工件，并將其移動到指定地點，順利完成抓取任務(wù)。

2.3.3 數(shù)控PMC程序應(yīng)用

PMC程序依靠梯形圖的方式表示，將程序在內(nèi)部轉(zhuǎn)化為某格式，CPU對其進行譯碼，并將結(jié)果傳入ROM中保存。利用CPU可快速讀取存儲器內(nèi)的各條指令，通過計算執(zhí)行相應(yīng)程序。在數(shù)控機床應(yīng)用中，刀具選擇、輔助動作與開關(guān)均要通過PMC來完成，控制信號流程如圖3所示。

在加工程序指令應(yīng)用中，M代碼利用4字節(jié)二進制數(shù)輸出，以M03為例對代碼流程進行分析。在代碼輸出后，可對指令MF信號進行讀取，這就意味著輸出M信號已經(jīng)確定。在利用PMC進行代碼編譯時，利用DECB指令，可一次性對8個代碼進行編譯。一旦主軸正轉(zhuǎn)指令被實施后，正轉(zhuǎn)信號便會變成1。在M功能完畢后，代碼會變成0，此時MD0.3信號與會變?yōu)?。要想在同一個程序段完成移動、暫停等指令時，還應(yīng)等待分配信號。該信號可向PMC發(fā)送主軸、輔助與道具等功能，并對PMC側(cè)的完成信號狀態(tài)進行控制。

3? 智能制造時代下機械設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用要點

在國內(nèi)機械制造的實際發(fā)展中，因智能化水平較低，導(dǎo)致信息集成度降低、共享性減弱，不利于智能技術(shù)在機械制造中的充分應(yīng)用。針對上述問題，可通過智能分類資源、強化創(chuàng)新思維、引入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方式，使機械制造更加智能，滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展需求。

3.1 智能分類資源

在機械制造期間，應(yīng)將產(chǎn)品與工藝有機結(jié)合起來，使資源得到合理分配，使智能制造效率與質(zhì)量得到有效保障。對此，可設(shè)計合理方式對整體機械制造過程進行模擬，及時發(fā)現(xiàn)機械制造中存在的問題。通過創(chuàng)建資源共享中心，對機械制造情況實時監(jiān)督，將生產(chǎn)制造數(shù)據(jù)存儲到系統(tǒng)內(nèi)。在制造過程中，通過讀取產(chǎn)品要求的方式調(diào)整工藝，使其與生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)相符合。當(dāng)檢測器發(fā)出預(yù)警信號后，需要工作人員及時設(shè)置系統(tǒng)信息，確保其應(yīng)用效果。

3.2 強化創(chuàng)新思維

在智能制造背景下，應(yīng)將創(chuàng)新思維引入制造設(shè)計中，不但使制造技術(shù)得以優(yōu)化，還要結(jié)合生產(chǎn)情況進行創(chuàng)新，更有利于智能制造的長遠(yuǎn)發(fā)展。對此，應(yīng)加強技術(shù)交流，學(xué)習(xí)發(fā)達國家的智能技術(shù)，并對其補充和完善，挖掘信息背后的價值，將其作為參考依據(jù)，為未來智能制造設(shè)計技術(shù)更新?lián)Q代提供助力，彌補國內(nèi)智能制造方面的技術(shù)缺口。

3.3 引入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可為數(shù)據(jù)傳輸提供有利通道，使傳輸內(nèi)容更加準(zhǔn)確全面，推動智能機械技術(shù)更新優(yōu)化甚至換代;網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用還打破傳統(tǒng)的加工方式方法，通過變量調(diào)整控制整個機械運行流程，從而實現(xiàn)對制造過程的遠(yuǎn)程監(jiān)控;網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用還可將系統(tǒng)指令迅速傳遞到生產(chǎn)中，使制造效率與質(zhì)量顯著提升;由于機械制造工藝的復(fù)雜性，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可有效支持對大量所需需材料的信息對比，擇優(yōu)選擇，顯著提升機械制造水平。

4? 結(jié)論

綜上所述，在現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展中，以數(shù)控系統(tǒng)為核心，設(shè)計并應(yīng)用機器人群控智能制造系統(tǒng)，實現(xiàn)智能運輸是實現(xiàn)產(chǎn)品智能制造的有益探索。在實際應(yīng)用中，還應(yīng)通過智能分類資源、強化創(chuàng)新思維、引入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方式，不斷提高智能機械制造水平，實現(xiàn)由人工到機器的過渡，提高運行效率，推動國內(nèi)制造業(yè)的健康長久發(fā)展。

參考文獻：

[1]馮振華，胡延鶴.探究智能制造時代機械設(shè)計技術(shù)的幾點研究[J].內(nèi)燃機與配件，2019（11）：218-219.

[2]黃少華.智能制造時代背景下機械設(shè)計技術(shù)問題及措施研究[J].世界有色金屬，2020（01）：200，203.

[3]呂光.關(guān)于智能制造時代機械設(shè)計技術(shù)的幾點探討[J].經(jīng)營者，2019，033（009）：138.