数控加工中引入工业机器人的教学模式研究

徐慧

摘要：按照GSK机器人和980T数控车床的具体特征，笔者设计了柔性制造系统;并且在这一基础上提出了培训学习模式，为学生在数控车床编程加工中借助机器人来完成装卸加工提供有用的指导;令学生可以熟悉GSK机器人和数控车床关节调节所采取的方法，规划机器人的详细运作轨迹，了解这些机器人的具体使用方法，进而令数控车床自动加工的效率有所得到提升。经由对这一培训模式的分析，令学生更加了解数控加工智能技术，切实的保证了对本科数控专业应用型人才的培养，进而对可以学生对工业4.0智能数控教学理解的效果。

关键词：数控机床;机器人;柔性制造;培训模式

0  引言

伴随机器人被开发出来，工业4.0战略的实施，作为扩展到数控加工智能技术的人才显得特别关键，而培养人才的高校也未能更好的迎合时代发展的要求，而本次的研究项目主要是试图借助GSK机器人数控车床柔性制造系统来对这一应用领域中的人才予以培养，并在这一基础上构建起新的实训模式，试图就新的本科数控专业应用型人才的培养予以改进，提升学生的学习能力。

1  数控车床柔性制造系统布局设计

本数控车床柔性制造系统具备自动装卸、加工能力，由GSK机器人、物料架、气动数控车床构成。经由大量的修改、布局和编程，实现数控车床编程的自动化加工，以及装卸和加工的自动化处理，有效提高了工作效率。

2  系统规划设计

2.1 工作流程设计

①前期准备。为了确保所设计的系统满足车间工作需求，应当提前做好各项准备工作。比如，详细录入加工程序、试启动数控车床。

②待一切准备工作就绪，即可进入联动运行系统环节。首先，在完成气动转换操作后，数控车床会自动开门，进而使气动三角夹头松开。之后，料架便将原料输送至三角夹头处。

③自动上紧气动卡盘、关闭数控车床。在将特定程序录入机器人后，所有的工件便会经由机器人动作运送至数控车床气动三角夹头。之后，柔性制造系统便会上紧三角夹头，并关闭防护门。因为各项前期准备工作都已经完成，此时，系统会启动加工程序。

④数控车床自动开门，执行成品加工动作。在特定程序之下，数控车床会自动执行加工动作。同时，防护门、启动夹头都会处于自动开启状态。同样，依照预设程序，机器人也会执行料头的拆卸动作。而在PR车床加工位置，则会自动掉落经加工后的成品。

⑤通过拧紧气动夹头、关闭防护门，可结束数控车床所有动作，使其回归初始状态。得到成品后，机器人会卸下料头。如果采取分批次的方式加工零件，则可以在料架上按照一定次序放置空白零件。这样，就可跳过“前期准备”环节，实现零件的连续、批量加工。

2.2 数控车床柔性制造系统中的数控车床气动改造设计

为了使机械手具备自动化功能，决定对数控车床进行气动改造。具体可见图1。在此次改造中，为了促使气动防护门2自动滑动，新增了与气源相接的气动拉杆5。在预先录入程序后，便可通过对控制面板4上所设的按钮的操作来完成对元件2的控制。以机械自动化为指导，笔者也将气动装置加入到了气动三角卡盘3。这样，在预先录入程序后，依靠对元件4上所设的按钮的操作，即可自动松紧元件3，也能自动装卸零件。经过此次气动自动化改造，数控车床的自动化水平有所提升，不仅能够自动启闭门，也能够依照程序设计进行自动松紧。特别是在系统中引入机器人后，夹紧、加工、卸料等工序都由手臂完成，不仅能节约人力，也能提升车床的自动化水平。

2.3 典型零件规划设计

为了验证柔性系统的自动化性能，笔者决定以案例的方式加以分析。笔者以零件葫芦的尺寸及部分加工程序为实例。在文中，并不对零件葫芦的程序编写及具体加工活动进行分析，仅探讨数控车床柔性制造系统及空间问题。但是，葫芦的尺寸对料架设计、气动夹具设计存在着较大的影响。

3  数控车床柔性制造系统实训模式的建立

3.1 方案设计

在建立了数控车床柔性制造系统的系统硬件后，笔者试图对数控车床柔性制造系统开展相关的培训。详细的实施策略主要是：

①培训目标。经由这一学习，使学生可以掌握数控智能化加工技术，是对数控专业本科生人才培养提出的新要求，令学生们更加深刻的了解了工业4.0智能数控的教学要求;培养创新意识，引导学生在课下自主探索。

②实训对象。本科大三年级的机械类专业的学生。

③培训内容。经由前期的规划建设和教学程序的设计，指导学生使用工业机器人完成数控车床编程与加工中的自动装卸、自动装卸和自动加工等多个阶段的学习。

④培训计划。按照设备的耐久性，在培训阶段安排了10名学生。培训确定为5天。

3.2 数控车床柔性制造系统实训模式的特色与创新点

①数控车床柔性制造系统作为一种全新的培训模式引入到柔性制造系统的概念中，去除了之前的单设备培训模式。多台设备的联动，尤其是引入了机器人，不单单是提升了学生们对机械技术的全面理解，而且也增加了培训内容，学生们获得了更多的学习机会。②在数控车床柔性制造系统予以培训的整个期间，学生基本上掌握了GSK机器人和数控车床协调的基本技能，对机器人上下料的轨迹予以规划，进而实现了自动上下料操作，节约了人力。通过这些学习，学生们可以学习到这些相关的内容，改进今后的加工效率，掌握数控加工智能技术并且为自动化加工提供有力的支持。③数控车床柔性制造系统的培训方式的提出，令学生们对实践有更多的了解，增加了學生通过这一模式进行创新和创业的机会，巩固了学生们在实践中进行自动控制的相关内容，获得了自动化建设和应用的经验。

④数控车床柔性制造系统的培训模式的引入，令学生对机器人有更多深入的理解，明确确立了柔性制造系统的定义，提高了新本科数控专业应用型人才的培养和实践能力。同时也为学生探索其它领域的自动化提供了指导，对实现教学目的，培养学生成才具有良好的促进作用。

4  结语

数控车床柔性制造系统的培训模式是对当下培训模式的新变革，从单设备培训模式调整为多设备联动培训模式;描述了GSK机器人、数控车床的气动改造、在PR过程中零件的自动化和无人装卸，这些内容的培训不单单是提升了学生的兴趣，而且为学生了解机器人和智能化制造提供了稳定的基础，期待其可以为本科数控专业应用型人才的培养提供有力的支持。

参考文献：

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