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直角坐標機械手型機床上下料生產(chǎn)線

CIMS(計算機集成制造系統(tǒng))是將信息技術、現(xiàn)代管理技術和制造技術相結合，并應用于企業(yè)產(chǎn)品全生命周期的各個階段;通過信息集成、過程優(yōu)化及資源優(yōu)化，實現(xiàn)物流、信息流、價值流的集成和優(yōu)化運行，達到人(組織、管理)、經(jīng)營和技術三要素的集成，以加強企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)，從而提高企業(yè)的市場應變能力和競爭能力。

機床上下料自動化是近幾年在國內(nèi)剛剛出現(xiàn)的一個新興產(chǎn)業(yè)。但在西方發(fā)達國家以及日本和韓國，早在20年前，機床上下料自動化系統(tǒng)以自動上下料機械手或6軸機器人形式廣泛應用于各種類型的數(shù)控機床上。上下料直角坐標機械手或6軸機器人與數(shù)控機床相結合，可以實現(xiàn)工件的自動抓取、上料、下料、裝卡以及加工等所有的工藝過程，能夠極大地節(jié)約人工成本，提高生產(chǎn)效率，特別適用于大批量、小型零部件的加工，如汽車變速箱齒輪、軸承套(座)、剎車盤以及金屬沖壓結構件等。

機床自動生產(chǎn)線和自動化程度高的加工設備已經(jīng)成為今后制造工廠的一個發(fā)展趨勢。單機自動化、整線自動化等自動上下料裝置用于加工工件的自動上料和下料、工件翻轉及工件轉序等工作，能夠滿足快速、大批量加工節(jié)拍，節(jié)省人力成本，提高生產(chǎn)效率等要求，成為越來越多的工廠的理想選擇。

現(xiàn)有整線機加工自動化和單機機加工自動化系統(tǒng)由上下料機械手或6軸機器人、數(shù)控機床、上料臺系統(tǒng)、下料臺系統(tǒng)、過渡站系統(tǒng)以及檢測系統(tǒng)組成。通常的設備間連線方式是數(shù)控系統(tǒng)與相鄰的上下料機械手或機器人之間以數(shù)字量IO或者總線方式進行連線，交互信號是機床的自動門是否打開、卡盤是否打開及檢測機是否準備好等動作交互信號。整線機加工自動化系統(tǒng)中通常有多個機械手或機器人，機械手和機器人為保證加工工序是線性流向，都采取所有機械手或者機器人安裝在同一導軌上的方式，這樣帶來的問題是機械手或機器人之間會存在干涉區(qū)。所以，為避免兩個機械手或機器人在干涉區(qū)中相撞，每兩個機械手或機器人之間還需要考慮是否在干涉區(qū)內(nèi)互發(fā)干涉信號。這種每兩個設備間互聯(lián)的方式?jīng)Q定了一旦加工流程發(fā)生變化，需要對每臺設備進行程序修改或調用。每臺設備都只有本地加工或搬運的參數(shù)，無法對產(chǎn)品的流向、加工參數(shù)等數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理。

在現(xiàn)有的機床上下料系統(tǒng)中引入CIMS系統(tǒng)，可以把生產(chǎn)線中各個設備的運行狀況進行統(tǒng)一采集，對各設備的動作和各設備間的銜接進行統(tǒng)一調度和控制。由于CIMS系統(tǒng)基于工業(yè)計算機，工業(yè)計算機及其操作系統(tǒng)的高可靠性、硬件擴展開發(fā)靈活等特性決定了CIMS系統(tǒng)軟件可以利用現(xiàn)有的各類集成開發(fā)環(huán)境開發(fā)針對各類設備的通信接口，結合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對產(chǎn)品在各個機床上的加工情況進行采集。對于加工節(jié)拍非常高的系統(tǒng)，可以增加一個總控PLC，對線上機械手或機器人和機床等設備進行動作上的控制。

以下是新松機器人自動化股份有限公司設計的基于CIMS的機床上下料自動化系統(tǒng)在某輪轂機加工生產(chǎn)線上的實例。

1.控制網(wǎng)絡結構

該系統(tǒng)的CIMS控制系統(tǒng)運行在總控工控機上，采用以太網(wǎng)與所有RC(機械手控制器)和機床數(shù)控系統(tǒng)、檢測機、激光打標機進行通信。通信的內(nèi)容包括安全軟信號、機械手示教作業(yè)調度及工件加工參數(shù)等，各機械手之間通過數(shù)字量IO互連干涉區(qū)安全信號，機械手和機床之間連接動作交互IO信號，確保系統(tǒng)之間信號交互的實時性。CIMS控制系統(tǒng)通過以太網(wǎng)遠程IO模塊對過渡站、上料臺、下料臺、定位機以及倒角機等外圍設備進行控制。該控制結構盡最大可能地把從頂層的系統(tǒng)總控制器到底層執(zhí)行設備之間的網(wǎng)絡做到扁平化，以提高全線頂層調度指令到底層執(zhí)行設備之間的傳輸效率。

2.該系統(tǒng)中CIMS的功能

該系統(tǒng)采用MFC開發(fā)實現(xiàn)了下列功能：機床生產(chǎn)線系統(tǒng)加工動態(tài)監(jiān)控;加工工藝編制和調度;多級警報系統(tǒng);提供Web-service;支持MCS調度;支持各類工業(yè)總線通信;工件、刀具統(tǒng)計管理功能;高清晰度、高實時性仿真界面以及重要加工流程的抽檢功能。

以上所述功能中針對機床數(shù)控系統(tǒng)的刀具、加工參數(shù)的控制，大大降低了傳統(tǒng)機床上下料生產(chǎn)線中由人工修改機床加工參數(shù)和檢測刀具狀況的工作量，真正實現(xiàn)了機加工的全線自動化。

3 CIMS控制系統(tǒng)的擴展

隨著人力成本的增加，目前很多用戶對智能制造和無人值守工廠有著越來越強烈的需求，所以該項目中CIMS系統(tǒng)特別預留了MES系統(tǒng)的網(wǎng)絡接口和軟件接口，以滿足將來用戶對擴展為數(shù)字工廠的需求。

CIMS系統(tǒng)在機床上下料自動化系統(tǒng)的應用推動了機床上下料自動化的發(fā)展，替代了傳統(tǒng)的單機互連型系統(tǒng)，提高了設備的可靠性以及自動化生產(chǎn)水平，有效地解決了傳統(tǒng)機床上下料自動化生產(chǎn)線中產(chǎn)品追溯的問題，并且解決了機床的數(shù)控系統(tǒng)的相關參數(shù)的在線修改等問題;同時為企業(yè)的標準化、規(guī)范化及信息化的建設奠定了基礎。