基于ABB IRB2600机械手的一种数控车床自动上下料输送装备的设计

经 韬,李 麒

(1．黑龙江省科学院高技术研究院，黑龙江 哈尔滨 150001；2．黑龙江省科学院智能制造研究所，黑龙江 哈尔滨 150090）

1 引言

本文针对某生产车间成系列加工件的数控车削生产工艺开展深入研究，以ABB IRB2600机械手[1-3]为核心柔性单元，西门子S7-1200系列PLC[4-5]为过程控制单元，围绕现有的单机数控车床设计一种自动上下料输送装备，以期提高生产该系列加工件的作业效率。

2 装备总体方案设计

2.1 装备设计要点

本文所设计数控车床自动上下料输送装备的总体方案如图1所示，主要由主控制柜3、ABB 分控器4、上料输送机5、IRB2600 机械手7、数控车床8、超声清洗烘干机6、影像测量仪2、下料输送机1等设备机构组成，其设计要点如下：

(1) 数控车床8为生产车间的原有设备，其他设备机构的设计、选型及空间布局均以数控车床8的原有生产节拍和工艺要求为初始参考依据；

(2) 主控制柜3 包含一套工业计算机和一台西门子S7-1200 系列PLC 的主控单元，工业计算机用于提供人机交互接口，可利用网络交换机实现与PLC 主控单元以及其他设备间的通讯，PLC 主控单元用于获取各个设备提供的开关量信号并对它们进行过程控制；

(3) ABB 分控器4 遵循主控制柜3 发出的过程控制指令，操控IRB2600机械手7按事先编写的程序逐一完成规定动作并将结果实时反馈至主控制柜3；

(4) IRB2600 机械手7 是整个装备的柔性单元，可拾取上料输送机5传递的工件坯料，将其夹持至数控车床8进行加工，并将加工好的工件夹持至超声清洗烘干机6进行表面清理，之后将清理好的工件夹持至影像测量仪2进行尺寸检测，最后将检测完毕的工件放置于下料输送机1上以便后续相关作业的开展；

(5) 上料输送机5、下料输送机1 分别负责接收来自上道工序的工件坯料并将加工好的工件传递至下道工序，二者各拥有一台艾莫迅ETH-MODBUS 开关量采集模块，可通过以太网RJ45 接口与主控制柜3 中的S7-1200 PLC主控单元进行通讯并受其控制；

(6) 超声清洗烘干机6可对数控车床8生产的加工件进行清洗和烘干，以去除工件表面的切屑、灰尘等杂质。该设备内含的循环泵、超声波发生器、电磁阀等开关元件由主控制柜3 中的S7-1200PLC 主控单元通过继电器进行控制；

(7) 影像测量仪2 用于检测清理好的加工件是否符合工艺要求，其检测程序按工艺要求单独编写，可通过TCP/IP 通讯协议由主控制柜3 中的工业计算机按照具体的加工件型号类别配套调用。

2.2 装备工艺流程

数控车床自动上下料输送装备工艺流程的动作要点及核心目的如表1所示，可分为13 个子步骤。由于原数控车床加工生产多种型号尺寸的轴类零件，其长短大小以及机械手可夹持的位置不尽相同，因此需要通过实验示教的方法确定每种型号加工件对应IRB2600机械手的运动特征点位，编写出合适的机械手运动轨迹程序。此外，装备选用的影像测量仪也属于相对独立的设备，需要针对每种型号的加工件编写对应的检测程序。可以得知，每种型号的加工件应配套编写与之相适应的数控车床加工程序、机械手运动程序以及影像测量仪检测程序，在确定加工件型号的同时，由装备进行调用。

表1 自动上下料输送装备工艺流程

3 装备电控系统设计

3.1 ABB IRB2600机械手简介

IRB2600机械手是ABB公司“锋芒一代”系列工业机器人的经典型号，其性能参数如表2所示。该机型机身紧凑、负载能力强、设计优化，适合弧焊、物料搬运、上下料等目标应用，其重复工作精度为同类产品之最，操作速度更快，生产节拍与行业标准相比最多可缩减25%，工作范围超大，可灵活选择落地、壁挂、支架、斜置、倒装等安装方式。综合考虑IRB2600 机械手的各种优秀性能，本文决定采用该型号机械手及其配套的IRC5 单柜控制器作为数控车床自动上下料输送装备的核心柔性单元。

表2 IRB2600机械手性能参数

3.2 电控系统的搭建

数控车床自动上下料输送装备电控系统的技术路线如图2所示，其中设备间的通讯依靠一台研华Industrial Ethernet Switch网络交换机实现；数控车床为原生产车间使用的沈阳机床厂出品的HTC40E 数控车床，可通过加装一台艾莫迅ETH-MODBUS-IO16R开关量采集模块读取和传递系统过程控制所需的开关量信号；S7-1200-1211C 主控单元负责按照表1出示的工艺流程获取各个设备提供的开关量信号并对它们进行过程控制，其主程序0B1的梯形图如图3-图9所示。

4 结束语

本文以ABB IRB2600机械手为核心柔性单元，西门子S7-1200 系列PLC 为过程控制单元，围绕现有的单机数控车床设计了一种自动上下料输送装备。该装备配有上料输送机、超声清洗烘干机、影像测量仪、下料输送机等设备，可在原有对工件坯料进行数控车削的基础上，实现对加工件的自动上、下料及其表面清理、精度检测等工作，扩展了原有设备的使用功能，提高了生产车间的作业效率。