車銑復(fù)合類零件加工的智能生產(chǎn)線搭建

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1、 本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 論 文 題 目 ： 車銑復(fù)合類零件加工的智能生產(chǎn)線搭建 與仿真實現(xiàn) 姓 名 ： 學(xué) 號 ： 班 級 ： 年 級 ： 專 業(yè) ： 學(xué) 院 ： 指 導(dǎo) 教 師 ： 完 成 時 間 ： 本科畢業(yè)論文（設(shè)計）專用 摘 要 隨著國家對中國制造 2025 的規(guī)劃，中國制造業(yè)企業(yè)逐漸從自動化向智能制造轉(zhuǎn)型， 智能制造產(chǎn)線可以對傳統(tǒng)制造業(yè)進行革新，傳統(tǒng)制造業(yè)廣泛應(yīng)用于汽車制造、航

2、空航天、 船舶業(yè)等等相關(guān)傳統(tǒng)行業(yè)。制造業(yè)屬于第二產(chǎn)業(yè)，其領(lǐng)域涉及廣泛，包含了民生、教育、 互聯(lián)網(wǎng)等等都會基于制造業(yè)發(fā)展。智能制造類型廣泛，對于傳統(tǒng)制造業(yè)設(shè)備自動化程度高， 但智能化程度不高，為了使得產(chǎn)線更加智能化必須保證最基本的智能制造單元的運行。 本文以切削加工智能制造單元為研究對象，針對車銑復(fù)合類零件加工的智能生產(chǎn)線搭 建與仿真實現(xiàn)展開研究與設(shè)計，首先分析最基本智能制造單元的組成分別為：數(shù)控車床， 加工中心，帶地軌軸的七軸工業(yè)機器人，總控 PLC 軟件，MES 系統(tǒng)，立體化料倉，中央 控制系統(tǒng)，RFID 讀寫器以及 RFID 芯片等相關(guān)設(shè)備及軟件。首先通過智能產(chǎn)線數(shù)字孿生虛 擬調(diào)試軟件對

3、產(chǎn)線進行搭建，其次對機器人進行編程，利用 CAXA 軟件對零件建模并進行 刀軌自動編程，對 PLC 進行編程，利用智能制造單元理實一體化平臺將上述程序進行可靠 性仿真并生成仿真動畫。 本設(shè)計合理的搭建了切削加工智能制造單元，并編寫了相關(guān)程序，解決了切削加工智 能制造單元的基本運行以及原理。利用智能制造單元理實一體化平臺對產(chǎn)線搭建、編寫程 序進行仿真，驗證了車銑復(fù)合類零件加工的智能生產(chǎn)線搭建與仿真運行的合理性，對實際 的車銑復(fù)合類零件加工的智能生產(chǎn)線運行具有良好的指導(dǎo)作用。 關(guān)鍵詞：車銑復(fù)合加工；智能生產(chǎn)線；系統(tǒng)搭建與仿真 Abstract With the nati

4、onal plan of "Made in China 2025", Chinese manufacturing enterprises are gradually transforming from automation to intelligent manufacturing. Intelligent manufacturing production line can innovate traditional manufacturing industry, which is widely used in automobile manufacturing, aerospace, shippi

5、ng and other related traditional industries. As a secondary industry, manufacturing industry involves a wide range of fields, including people's livelihood, education, the Internet and so on. Intelligent manufacturing has a wide range of types. For traditional manufacturing equipment, the degree of

6、automation is high, but the degree of intelligence is not high. In order to make the production line more intelligent, the operation of the most basic intelligent manufacturing unit must be guaranteed. In this paper, the cutting intelligent manufacturing unit is taken as the research object, aimin

7、g at the intelligent production line construction and simulation implementation of turning and milling composite parts processing research and design. Firstly, the composition of the most basic intelligent manufacturing unit is analyzed as follows: CNC lathes, processing centers, seven-axis industri

8、al robots with earth rail axis, total control PLC software, MES system, three-dimensional silo, central control system, RFID reader and RFID chip and other related equipment and software. Firstly, the production line was built through the digital twinning virtual debugging software of the intelligen

9、t production line. Secondly, the robot was programmed. CAXA software was used to model the parts and carry out automatic programming of the tool track, PLC was programmed. This design reasonably set up the cutting intelligent manufacturing unit, and write the relevant program, solve the basic opera

10、tion and principle of the cutting intelligent manufacturing unit. By using the integrated platform of intelligent manufacturing unit theory and reality to build production line and write program simulation, the rationality of intelligent production line construction and simulation operation of turni

11、ng milling composite parts processing is verified, which has a good guiding role for the actual intelligent production line operation of turning milling composite parts processing. Key words:Turn-milling composite machining; Intelligent production line; System construction and simulation 目

12、 錄 1 引 論 1 1.1 論文的研究目的及意義 1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1.3 研究內(nèi)容 2 2 車銑復(fù)合加工智能制造單元產(chǎn)線布局及搭建 3 2.1 車銑復(fù)合加工智能制造單元產(chǎn)線布局 3 2.2 智能產(chǎn)線數(shù)字孿生虛擬系統(tǒng)搭建 6 3 車銑復(fù)合加工智能制造單元各模塊編程 8 3.1 工業(yè)機器人程序設(shè)計思路及編程 8 3.2 PLC 程序設(shè)計思路及編程 21 3.3 CAXA 計算機輔助制造數(shù)控加工編程 25 4 車銑復(fù)合類零件加工智能產(chǎn)線控制流程圖及聯(lián)調(diào)仿真 46 4.1 車銑復(fù)合類零件加工智能產(chǎn)線控制流程圖 46 4.2 車銑復(fù)合類零件

13、加工智能制造產(chǎn)線聯(lián)調(diào)仿真 48 5 結(jié) 語 49 參考文獻 50 致 謝 51 附 錄 52 1 引 論 1.1 論文的研究目的及意義 目的：以切削加工智能制造單元為研究對象，針對車銑復(fù)合類零件加工的智能生產(chǎn)線 搭建與仿真實現(xiàn)展開研究與設(shè)計，分析切削加工智能制造單元的設(shè)備組成以及切削加工智 能制造單元的工作原理，掌握組成設(shè)備的應(yīng)用以及設(shè)備與設(shè)備之間的通訊，通過對各類設(shè) 備的編程，以及設(shè)備之間的通訊編程，將程序?qū)胫林悄苤圃炖韺嵰惑w化平臺對程序進行 驗證，目的是更深層次了解切削加工智能制造單元同時對實際車銑復(fù)合類零件加工的智能 生產(chǎn)線運行具有良好的指導(dǎo)作用。 意

14、義：智能制造是基于 21 世紀(jì)信息時代與 21 世紀(jì)先進制造技術(shù)的融合，其作用貫穿 有關(guān)制造的多個環(huán)節(jié)，智能制造就是具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)的新 型生產(chǎn)方式，同時智能制造產(chǎn)線具有高度柔性化，可以根據(jù)產(chǎn)品需求定制，解決了自動化 只能單一批量生產(chǎn)的問題，且智能產(chǎn)線是具有智能化和高度集成的特點。隨著先進制造技 術(shù)、信息技術(shù)、人工智能、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)的發(fā)展，智能制造將在企業(yè)中得到廣泛的應(yīng) 用和改進，智能制造產(chǎn)線將會革新傳統(tǒng)的自動化產(chǎn)線。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外研究現(xiàn)狀： 1988 年智能制造概念的提出是由美國紐約大學(xué)教授懷特（ P.K.Wright ） 和布恩 （DA

15、.Bourne）出版了書籍《智能制造》2011 年美國實施“先進制造伙伴計劃”戰(zhàn)略該計劃 重新規(guī)劃了美國制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略方向，同時研究更加先進的材料勇于工業(yè)，研究新型制造 工藝以及基于互聯(lián)網(wǎng)的新一代工業(yè)機器人來實現(xiàn)制造業(yè)由自動化向智能化的升級。 2013 年德國提出“工業(yè) 4.0”計劃，德國將“工業(yè) 4.0”上升為國家戰(zhàn)略層，希望做第四次 工業(yè)革命的引領(lǐng)者，通過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、多傳感技術(shù)、信息集成技術(shù)、將各式工業(yè)制造單元模 塊化，通過信息集成將原材料信息借助于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)信息交互，使得機器可以做到自 主決策，自感知，同時使得生產(chǎn)柔性化程度更高，個性化程度更高，同時智能制造系統(tǒng)還 可以利用智能物流管

16、理系統(tǒng)和社交網(wǎng)絡(luò)，整合物資信息，實現(xiàn)物料信息快速匹配，提高生 產(chǎn)效率和柔性程度 2014 年英國開展“高價值制造”戰(zhàn)略 2015 日本頒布“機器人新戰(zhàn)略”大力發(fā)展網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，以信息技術(shù)推動制造業(yè)發(fā)展。 通過發(fā)展協(xié)同機器人、多功能電子設(shè)備、智能機床和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)打造先進的無人化智能工 廠。日本制造業(yè)十分注重自動化、信息化與傳統(tǒng)制造業(yè)的融合，由于日本為老牌工業(yè)強國， 已經(jīng)廣泛的普及了工業(yè)機器人，通過信息技術(shù)與智能設(shè)備的結(jié)合大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn) 穩(wěn)定性。 9 2016 年歐盟頒布“數(shù)字化歐洲工業(yè)計劃”歐盟的工業(yè)計劃是在各國戰(zhàn)略基礎(chǔ)上提出的 數(shù)字化歐洲工業(yè)計劃，該計劃期望利用

17、云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)有效結(jié)合起來提升大數(shù)據(jù)在工 業(yè)智能化方面的競爭力。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀： 在 2010 年后各國相繼推出了自己有關(guān)于智能制造的方案，于 2015 年中國提出《中國 制造 2025》國家行動綱領(lǐng)，中國智能制造的重點領(lǐng)域主要體現(xiàn)在：加快機械、航空、船舶 等相關(guān)制造行業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備的智能化改造，統(tǒng)籌布局和推動智能交通、智能工程機械、服 務(wù)機器人等等。其實我國對智能制造的研究始于 20 世紀(jì)八十年代取得了一些成果，但是 沒有形成完整的研究體系，現(xiàn)如今我國在智能制造等制造業(yè)發(fā)展明顯較快，但相對于制造 業(yè)強國我國的綜合競爭能力較弱，根據(jù)國內(nèi)制造業(yè)的智能化實際情況來看，智能化只是解 決了制造效

18、率低和精度低的問題，還沒達(dá)到正真意義上智能制造的五大特點既自感知、自 執(zhí)行、自適應(yīng)、自決策、自學(xué)習(xí)。但是不論是我國還是國外都在為這個目標(biāo)努力奮斗。 我國智能制造發(fā)展中也存在需要解決的問題：一是自主創(chuàng)新能力不強，核心技術(shù)對外 依靠較高。二是智能裝備制造標(biāo)準(zhǔn)化普及不夠，企業(yè)建設(shè)沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。三是工業(yè)大數(shù) 據(jù)應(yīng)用價值還沒有充分的挖掘。四是智能制造相關(guān)的現(xiàn)代服務(wù)業(yè)發(fā)展滯后。為此，制造業(yè) 智能化的發(fā)展需要我們繼續(xù)努力研究。 1.3 研究內(nèi)容 研究對象：“車銑復(fù)合類零件加工的智能產(chǎn)線系統(tǒng)搭建與仿真”為研究對象。 研究內(nèi)容：本次畢業(yè)設(shè)計研究內(nèi)容是“車銑復(fù)合類零件加工的智能生產(chǎn)線搭建與仿真” 的程序

19、設(shè)計及系統(tǒng)搭建仿真，車銑復(fù)合類零件加工的智能生產(chǎn)線搭建與仿真中主要包含了 切削加工智能制造單元中涉及到的 PLC 編程、工業(yè)機器人編程、CAXA 軟件應(yīng)用、MES 系統(tǒng)應(yīng)用以及理實一體化平臺聯(lián)調(diào)仿真，本次論文將詳細(xì)介紹工業(yè)機器人編程及 CAXA 軟 件應(yīng)用，其余程序及仿真視頻主要以附件形式放置附錄七中。 2 車銑復(fù)合加工智能制造單元產(chǎn)線布局及搭建 2.1 車銑復(fù)合加工智能制造單元產(chǎn)線布局 為了使得智能制造產(chǎn)線完整搭建，擬使用智能產(chǎn)線數(shù)字孿生虛擬調(diào)試軟件搭建智能制 造產(chǎn)線，切削加工智能制造單元硬件清單如下： 表 2.1 智能制造單元硬件清單 1、數(shù)控車床 ——自動化接口

20、，配攝像頭 2、加工中心(三軸)——自動化接口，配攝像頭、在線檢測 3、工業(yè)機器人——定制行走式機器人 4、機器人夾具——三種夾具，配快換系統(tǒng) 5、機器人導(dǎo)軌——有效行程 3.8 米，總長 5 米 6、立體倉庫——設(shè) 5 層 6 列共 30 個倉位，含安全門、開關(guān)按鈕、RFID 檢測設(shè)備、光電開關(guān)及指示燈 7、在線測量裝置——用于加工中心 8、零點定位系統(tǒng)——用于加工中心 9、可視化系統(tǒng)及顯示終端——顯示機床運行狀態(tài)，工件加工情況、加工效果、加工日志、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等 10、中央電氣控制系統(tǒng)——負(fù)責(zé)周邊設(shè)備及機器人控制，實現(xiàn)智能制造單元的流程和邏輯總控 11、安全防護系統(tǒng)——防止

21、意外闖入、保護人員安全 12、RFID 讀寫器及 RFID 芯片——工件加工狀態(tài)、加工信息等的讀寫 13、編程和設(shè)計工位計算機——參考具體技術(shù)參數(shù) 圖 2.1 數(shù)控車床 ——自動化接口，配攝像頭 圖 2.2 加工中心(三軸)——自動化接口，配攝像頭、在線檢測 在線測量裝置——用于加工中心 零點定位系統(tǒng)——用于加工中心 圖 2.3 工業(yè)機器人——定制行走式機器人 機器人導(dǎo)軌——有效行程 3.8 米，總長 5 米 圖 2.4 機器人夾具——三種夾具，配快換系統(tǒng) 圖 2.5 立體倉庫——設(shè) 5

22、層 6 列共 30 個倉位，含安全門、 開關(guān)按鈕、RFID 檢測設(shè)備、光電開關(guān)及指示燈 圖 2.6 中央電氣控制系統(tǒng)——負(fù)責(zé)周邊設(shè)備及機器人控制， 實現(xiàn)智能制造單元的流程和邏輯總控 圖 2.7 安全防護系統(tǒng)——防止意外闖入、保護人員安全 圖 2.8 RFID 讀寫器及 RFID 芯片——工件加工狀態(tài)、加工信息等的讀寫 2.2 智能產(chǎn)線數(shù)字孿生虛擬系統(tǒng)搭建 圖 2.9 智能制造產(chǎn)線整體視圖 圖 2.10 切削加工智能制造單元布局 3 車銑復(fù)合加工智能制造單元各模塊編程 3.1 工業(yè)機器人程序設(shè)

23、計思路及編程 工業(yè)機器人是面向于工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機械臂是一類機械裝置，通過機器人的末端操 作器可以使得工業(yè)機器人適用于不同的場景，工業(yè)機器人末端操作器為模塊化設(shè)備，可以 更換為夾爪、焊槍、吸盤等等，其作為車銑復(fù)合類零件的智能產(chǎn)線中重要的搬運設(shè)備，其 末端操作器為夾爪，其功能為將零件在料倉、數(shù)控車床、數(shù)控加工中心之間搬運和精確放 置的設(shè)備對于智能產(chǎn)線來說是一個具有超強執(zhí)行力的搬運工。在智能制造車銑復(fù)合加工零 件的智能生產(chǎn)線中對比一般的六軸工業(yè)機器人，智能制造產(chǎn)線的工業(yè)機器人添加一個地軌 軸從而來滿足機械臂游走于各類設(shè)備之間。為了使得產(chǎn)線智能化可視化，智能制造產(chǎn)線的 工業(yè)機器人在末端操作器上會安

24、置 RFID 讀寫器，以便于將工件信息讀取或?qū)懭胂嚓P(guān)芯片， 從而使得工件狀態(tài)可視化。車銑復(fù)合類零件加工的智能生產(chǎn)線中機器人程序組成如圖所示： 圖 3.1 工業(yè)機器人程序圖 3.1.1 工業(yè)機器人主程序構(gòu)架及主程序編程 在車銑復(fù)合零件加工的智能生產(chǎn)線中工業(yè)機器人的主程序作用先是先復(fù)位所有的寄 存器，因為我們不能保證每次寄存器的狀態(tài)都是我們理想的狀態(tài)，循環(huán)檢查 PLC 發(fā)來的寄 存器信號，通過寄存器信號來判斷機器人是進行料倉盤點還是進行訂單生產(chǎn)，若進行料倉 盤點，等料倉信息盤點完畢之后再進行訂單生產(chǎn)，訂單生產(chǎn)時判斷機器人末端操作器上是 否為目標(biāo)爪，若是目標(biāo)爪則通過判斷開始

25、準(zhǔn)備料倉取料、車床取料、加工中心取料，若機 器人末端操作器為非目標(biāo)爪通過調(diào)用換爪程序換取為目標(biāo)爪，再進行判斷，若判斷為料倉 取料則需要再次進行判斷是進行車床放料還是加工中心放料，若判斷為車床取料或者加工 中心取料則直接進行料倉放料。主程序流程圖如圖所示： 圖 3.2 主程序流程圖 表 3.1 機器人點位表 名稱 寄存器 名稱 寄存器 名稱 寄存器 名稱 寄存器 原點 JR[0] 小圓爪精確點 LR[1] 倉位 1 LR[10] RFID1 LR[20] 快換地軌點 JR[2] 大圓爪精確點 LR[2] 倉位 6 LR[11] RFID6

26、 LR[21] 快換過渡點 JR[3] 方爪精確點 LR[3] 倉位 7 LR[12] RFID25 LR[22] 料倉及 RFID JR[4] 車小圓精確點 LR[4] 倉位 12 LR[13] 地軌點 料倉過渡點 JR[5] 車大圓精確點 LR[5] 倉位 13 LR[14] X+150 Z+20 LR[30] RFID 過渡點 JR[6] 銑大圓精確點 LR[6] 倉位 18 LR[15] Z+20 LR[31] 車床地軌點 JR[7] 銑方料

27、精確點 LR[7] 倉位 19 LR[16] Z+200 LR[32] 車床過渡點 JR[8] 倉位 24 LR[17] Y+50 LR[33] 加工中心地軌點 JR[9] 列偏數(shù) LR[40] 倉位 25 LR[18] Y+200 Z+100 LR[34] 加工中心過渡點 1 JR[10] 行偏數(shù) LR[41] 倉位 30 LR[19] Z+100 LR[35] 加工中心過渡點 2 JR[11] 精確點 LR[42] Y+200 LR[36] Y-100

28、LR[37] X+200 LR[38] 工業(yè)機器人主程序： VERSION:0 GROUP:[0] //綁定業(yè)務(wù)層及軸組 //定義坐標(biāo)變量，聲明變量 //程序“主程序” WAIT DO[100] = ON LBL[1]//跳轉(zhuǎn)標(biāo)簽循環(huán)掃描 R[11] = 0//取料位置響應(yīng)清零 R[12] = 0//放料位置響應(yīng)清零 R[13] = 0//設(shè)備號響應(yīng)清零 R[14] = 0//RFID 響應(yīng)清零 R[24] = 0//寄存器 R[24]狀態(tài)清零 R[90] = 0//工業(yè)機

29、器人運行狀態(tài)清零 IF R[15]=0 AND R[16]=0 AND R[17]=0 AND R[23]=0 , GOTO LBL[1] //如果取料位狀態(tài)為 0、放料位狀態(tài)為 0、設(shè)備號響應(yīng)為 0、RFID 讀寫為 0 則跳轉(zhuǎn)至標(biāo) 簽[1] IF R[23]=1 , CALL "LCPD.PRG"http://如果 RFID 讀寫狀態(tài)為 1 也就是讀取 RFID，則調(diào)用 子程序“料倉盤點” WAIT R[25] = 1//等待確認(rèn)信號狀態(tài)為 1 R[11] = R[15]//取料位置響應(yīng)為取料位 19 R[12] = R[16]//放料位置響應(yīng)為放料位 R[13] = R

30、[17]//設(shè)備號響應(yīng)設(shè)備號 R[90] = 1//工業(yè)機器人運行狀態(tài)為 1 也就是工業(yè)機器人運行狀態(tài)為忙 IF R[10]=0 , CALL "QZ.PRG"http://如果機器人當(dāng)前手爪狀態(tài)為 0，也就是沒有夾爪的時 候調(diào)用子程序“取爪”程序 IF R[10]<>0 AND R[10]<>R[21] , CALL "HZ.PRG"http://如果機器人當(dāng)前手爪狀態(tài)不為 0， 也就是有夾爪同時判斷機器人當(dāng)前手爪不是應(yīng)取手爪則調(diào)用子程序“換爪”程序 IF R[11]<>0 AND R[12]=0 AND R[13]<>0 , CALL "KQ.PRG"http://如果取料位置響應(yīng)不為 0、放料位置為 0、

31、設(shè)備號響應(yīng)不為 0 則調(diào)用子程序“料倉取料”程序 IF R[11]=0 AND R[12]<>0 AND R[13]=1 , CALL "CQ.PRG"http://如果取料位置響應(yīng)為 0、 放料位置響應(yīng)不為 0、設(shè)備號響應(yīng)為 1（車床）則調(diào)用子程序“車床取料”程序 IF R[11]=0 AND R[12]<>0 AND R[13]=2 , CALL "XQ.PRG"http://如果取料位置響應(yīng)為 0、 放料位置響應(yīng)不為 0、設(shè)備號響應(yīng)為 2（加工中心）則調(diào)用子程序“加工中心取料”程序 J JR[0]//關(guān)節(jié)運動到原點 GOTO LBL[1]//跳轉(zhuǎn)至標(biāo)簽 1 3.1.2 工業(yè)機器人車

32、床取料放料程序編程 在車銑復(fù)合類零件加工的智能生產(chǎn)線中車床取料、車床放料的機器人作為子程序，也 是不可或缺的，由于是針對車銑復(fù)合類零件，所以產(chǎn)線中必然會涉及到如何進行車床放料 和下料的過程，首先我們需要定義由于零件的不同所導(dǎo)致的夾爪的差異，為此在車床取料 和放料的精確點不完全相同，所以我們首先要定義車床取料放料的精確點保證機器人在放 料取料過程中的無誤，詳細(xì)的編程及思路見下程序及注解。 工業(yè)機器人車床取料： VERSION:0 GROUP:[0] //綁定業(yè)務(wù)層及軸組 //定義坐標(biāo)變量，聲明變量 //程序“車床取料”

33、 LR[42] = LR[R[10]+3]//定義車床取料精確點 WAIT R[19] = 0//等待車床安全門打開 J JR[7]//關(guān)節(jié)運動到車床地軌點 J JR[8]//關(guān)節(jié)運動到車床過渡點 L LR[42]+LR[38]//直線運動到車床取料精確點 X 方向+200 L LR[42] VEL=200//直線運動到車床取料精確點運動速度為 200 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 DO[2] = ON DO[3] = OFF//夾爪閉合夾取物料 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 R[24] = 3//寄存器 R[23]為車床卡

34、盤松開 WAIT R[26] = 0//等待車床卡盤信號為打開 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 L LR[42]+LR[38]//直線運動到車床取料精確點的 X 方向+200 J JR[8]//關(guān)節(jié)運動到車床過渡點 J JR[7]//關(guān)節(jié)運動到車床地軌點 R[24] = 12//寄存器 R[24]狀態(tài)為車床取料完成 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 R[24] = 0//寄存器 R[24]清零 CALL "KF.PRG"http://調(diào)用子程序“料倉放料” 工業(yè)機器人車放程序： VERSION:0 GROUP:[0]

35、>//綁定業(yè)務(wù)層及軸組 //定義坐標(biāo)變量，聲明變量 //程序“車床放料” LR[42] = LR[R[10]+3]//定義車床放料精確點 WAIT R[19] = 0//等待車床安全門打開 WAIT R[26] = 0//等待車床卡盤信號打開 J JR[7]//關(guān)節(jié)運動到車床地軌點 J JR[8]//關(guān)節(jié)運動到車床過渡點 L LR[42]+LR[38] VEL=200//直線運動到車床放料精確點 X 方向+150 運動速度為 200 L LR[42] VEL=200//直線運動到車床放料精確點，運動速度為 200 WAIT TIME

36、= 1000//等待 1 秒 R[24] = 4//寄存器 R[24]狀態(tài)為車床卡盤夾緊 WAIT R[26] = 1//等待車床卡盤信號夾緊 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 DO[2] = OFF DO[3] = ON//機器人夾爪使能關(guān)，夾爪松開 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 L LR[42]+LR[38]//直線運動到車床放料精確點 X 方向+200 J JR[8]//關(guān)節(jié)運動到車床過渡點 J JR[7]//關(guān)節(jié)運動到車床地軌點 R[24] = 11//寄存器 R[24]狀態(tài)為車床放料完成 WAIT TIME = 1000/

37、/等待 1 秒 R[24] = 7//寄存器 R[24]狀態(tài)為機床啟動 WAIT R[19] = 1//等待車床安全門關(guān)閉 R[24] = 0//寄存器 R[24]狀態(tài)清零 3.1.3 工業(yè)機器人 CNC 取料放料程序編程 車銑復(fù)合類零件的加工與智能生產(chǎn)線包含了銑的工序，所以加工中心也是必不可少的 設(shè)備為此工業(yè)機器人的子程序中應(yīng)包含加工中心的取料和放料，取料和放料過程中我們需 定義取料和放料的精確點，同時為保證安全運行機器人和加工中心安全門之間要有一定的 配合邏輯關(guān)系。詳細(xì)的編程思路及注解見下程序。 工業(yè)機器人加工中心取料： VERSION:0 GROUP

38、:[0] //綁定業(yè)務(wù)層及軸組 //定義坐標(biāo)變量，聲明變量 //程序“加工中心取料” LR[42] = LR[R[10]+4]//定義加工中心取料精確點 R[24] = 6//寄存器 R[24]狀態(tài)為加工中心夾具松開 WAIT R[27] = 0//等待 CNC 卡盤信號打開 WAIT R[20] = 0//等待加工中心安全門打開 J JR[9]//關(guān)節(jié)運動到加工中心地軌點 J JR[10]//關(guān)節(jié)運動到加工中心過渡點 1 J JR[11]//關(guān)節(jié)運動到加工中心過渡點 2 L LR[42]+LR[37]//直線

39、運動到加工中心取料精確點 Y-100 L LR[42] VEL=200//直線運動到加工中心取料精確點，運動速度為 200 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 DO[2] = ON DO[3] = OFF//機器人夾爪使能開（夾住物料） WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 L LR[42]+LR[35]//直線運動到加工中心取料精確點 Z 方向+100 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 J JR[11]//關(guān)節(jié)運動到加工中心過渡點 2 J JR[10]//關(guān)節(jié)運動到加工中心過渡點 1 J JR[9]//關(guān)節(jié)運動到加工中心地軌點 R[24

40、] = 14//寄存器 R[24]狀態(tài)為加工中心取料完成 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 R[24] = 0//寄存器 R[24]狀態(tài)清零 CALL "KF.PRG"http://調(diào)用子程序“料倉放料” 工業(yè)機器人加工中心放料： VERSION:0 GROUP:[0] //綁定業(yè)務(wù)層及軸組 //定義坐標(biāo)變量，聲明變量 //程序“加工中心放料” LR[42] = LR[R[10]+4]//定義加工中心放料精確點 WAIT R[27] = 0//等待 CNC 卡盤信號打開 WAIT R[2

41、0] = 0//等待加工中心安全門打開 J JR[9]//關(guān)節(jié)運動到加工中心地軌點 J JR[10]//關(guān)節(jié)運動到加工中心過渡點 1 J JR[11]//關(guān)節(jié)運動到加工中心過渡點 2 L LR[42]+LR[35] VEL=200//直線運動到加工中心放料精確點 Z 方向+100 L LR[42] VEL=200//直線運動到加工中心放料精確點 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 DO[2] = OFF DO[3] = ON//機器人夾爪使能關(guān)（放開物料） WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 L LR[42]+LR[37]//直線運動到放料

42、精確點 Y 方向-100 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 R[24] = 5//寄存器 R[24]狀態(tài)為加工中心夾具夾緊 WAIT R[27] = 1//等待 CNC 卡盤信號為夾緊 J JR[11]//關(guān)節(jié)運動到加工中心過渡點 2 J JR[10]//關(guān)節(jié)運動到加工中心過渡點 1 J JR[9]//關(guān)節(jié)運動到加工中心地軌點 R[24] = 13//寄存器 R[24]狀態(tài)為加工中心放料完成 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 R[24] = 7//機床啟動 WAIT R[20] = 1//等待加工中心安全門關(guān)閉 R[24] = 0//寄存器 R[24

43、]狀態(tài)清零 3.1.4 工業(yè)機器人料倉取料放料程序編程 立體化料倉作為車銑復(fù)合類零件加工的智能生產(chǎn)線中物料和工件的儲存?zhèn)}，我們需要 通過工業(yè)機器人從立體化料倉中取出相應(yīng)倉位的物料或者放加工后的工件，我們?nèi)绾螠?zhǔn)確 的取到我們所需的物料，需要通過計算倉位之間的距離以及行偏列偏數(shù)來精確的取到我們 所需的物料。詳細(xì)編程思路及注解見程序。 工業(yè)機器人料倉取料程序： VERSION:0 GROUP:[0] //綁定業(yè)務(wù)層及軸組 //定義坐標(biāo)變量，聲明變量 //程序“料倉取料” CALL "DRFID.PRG

44、"http://調(diào)用子程序“讀 RFID” LR[40] = (LR[11+2*R[28]]-LR[10+2*R[28]])/5//計算列偏距 LR[42] = LR[10+2*R[28]]+LR[40]*R[29]//計算料倉取料精確點 J JR[4]//關(guān)節(jié)運動到料倉及 RFID 地軌點 J JR[5]//關(guān)節(jié)運動到料倉過渡點 L LR[42]+LR[34]//直線運動到料倉取料精確點 Y 方向+200、Z 方向+100 L LR[42]+LR[33+R[10]]//直線運動到料倉取料接近點 L LR[42] VEL=100//直線運動到料倉取料精確點 WAIT TIME =

45、1000//等待 1 秒 DO[2] = ON DO[3] = OFF//機器人夾爪使能開（夾取物料） WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 L LR[42]+LR[35]//直線運動到取料精確點 Z 方向+100 L LR[42]+LR[34]//直線運動到取料精確點 Z 方向+100，Y 方向+200 J JR[5]//關(guān)節(jié)運動到料倉過渡點 J JR[4]//關(guān)節(jié)運動到料倉及 RFID 地軌點 IF R[13]=1 , CALL "CF.PRG"http://如果設(shè)備號響應(yīng)為 1 則調(diào)用子程序“車床放料” IF R[13]=2 , CALL "XF.PRG"http://如果設(shè)備號響

46、應(yīng)為 2 則調(diào)用子程序“加工中心放料” 工業(yè)機器人料倉放料程序： VERSION:0 GROUP:[0] //綁定業(yè)務(wù)層及軸組 //定義坐標(biāo)變量，聲明變量 //程序“料倉放料” LR[40] = (LR[11+2*R[28]]-LR[10+2*R[28]])/5//計算列偏數(shù) LR[42] = LR[10+2*R[28]]+LR[40]*R[29]//計算放料精確點 J JR[4]//關(guān)節(jié)運動到料倉及 RFID 地軌點 J JR[5]//關(guān)節(jié)運動到料倉過渡點 L LR[42]+LR[34]//

47、直線運動到放料精確點 Y 方向+200，Z 方向+100 L LR[42]+LR[35]//直線運動到放料精確點 Z 方向+100 L LR[42] VEL=100//直線運動到放料精確點，運動速度為 100 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 DO[2] = OFF DO[3] = ON//機器人夾爪使能關(guān)（放料） R[24] = 15//寄存器 R[24]狀態(tài)為料倉放料完成 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 R[24] = 0//寄存器 R[24]狀態(tài)清零 L LR[42]+LR[33+R[10]]//直線運動到放料接近點 L LR[4

48、2]+LR[34]//直線運動到放料精確點 Y 方向+200，Z 方向+100 J JR[5]//關(guān)節(jié)運動到料倉過渡點 J JR[4]//關(guān)節(jié)運動到料倉及 RFID 地軌點 CALL "XRFID.PRG"http://調(diào)用子程序“寫 RFID” 3.1.5 工業(yè)機器人 RFID 讀寫程序編程 由于智能智能產(chǎn)線的定義為自執(zhí)行、自感知、自適應(yīng)、自決策、自適應(yīng)為滿足自感知 我們需要用到大量的傳感器，而 RFID 作為射頻識可以通過無線電信號識別特定目標(biāo)并讀 寫相關(guān)數(shù)據(jù)，無需通過有線連接或接觸式連接傳輸數(shù)據(jù)，在車銑復(fù)合類零件加工的智能生 產(chǎn)線中為了使得料倉各倉位的物料數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的顯示在顯示

49、器上我們需要對每個料倉的數(shù) 據(jù)進行讀取或更改，在工業(yè)機器人 RFID 讀寫中難點在于如何精確的算出 30 個倉位點中我 們所需要的倉位 RFID 點位。詳細(xì)編程思路及注解見程序。 工業(yè)機器人讀 RFID 程序： VERSION:0 GROUP:[0] //綁定業(yè)務(wù)層及軸組 //定義坐標(biāo)變量，聲明變量 //程序“讀 RFID 程序” LR[40] = (LR[21]-LR[20])/5//計算料倉列偏距 LR[41]=(LR[22]-LR[20])/4//計算料倉行偏距 LR[42]=LR[20]+LR[40]*

50、R[29]+LR[41]*R[28]//計算 RFID 精確點 J JR[4]//關(guān)節(jié)運動到料倉及 RFID 地軌點 J JR[6]//關(guān)節(jié)運動到 RFID 過渡點 L LR[42]+LR[33]//直線運動到 RFID 精確點 Y 方向+50 L LR[42] VEL=100//直線運動到 RFID 精確點，運動速度為 100 R[14] = R[11]//將取料位置響應(yīng)賦值給 RFID 位置 R[24] = 1//寄存器 R[24]狀態(tài)為 robot 請求讀 RFID WAIT R[18] = 1//等待 RFID 讀取完成 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒

51、R[24] = 0//寄存器 R[24]清零 R[14] = 0//RFID 位置清零 L LR[42]+LR[33]//直線運動到 RFID 精確點 Y 方向+50 J JR[6]//關(guān)節(jié)運動到 RFID 過渡點 J JR[4]//關(guān)節(jié)運動到料倉及 RFID 地軌點 工業(yè)機器人寫 RFID 程序： VERSION:0 GROUP:[0] //綁定業(yè)務(wù)層及軸組 //定義坐標(biāo)變量，聲明變量 //程序“寫 RFID 程序” LR[40] = (LR[21]-LR[20])/5//計算料倉

52、列偏距 LR[41] = (LR[22]-LR[20])/4//計算料倉行偏距 LR[42] = LR[20]+LR[40]*R[29]+LR[41]*R[28]//計算寫 RFID 精確點 J JR[4]//關(guān)節(jié)運動到料倉及 RFID 地軌點 J JR[6]//關(guān)節(jié)運動到 RFID 過渡點 L LR[42]+LR[33]//直線運動到寫 RFID 精確點 Y 方向+50 L LR[42] VEL=100//直線運動到寫 RFID 精確點，運動速度為 100 R[14] = R[12]//將放料位置響應(yīng)賦值給 RFID 位置 R[24] = 2//寄存器 R[24]狀態(tài)為 robo

53、t 請求寫 RFID WAIT R[18] = 1//等待 RFID 寫完成 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 R[24] = 0//寄存器 R[24]狀態(tài)清零 R[14] = 0//RFID 位置狀態(tài)清零 L LR[42]+LR[33]//直線運動到寫 RFID 精確點 Y 方向+50 J JR[6]//關(guān)節(jié)運動到 RFID 過渡點 J JR[4]//關(guān)節(jié)運動到料倉及 RFID 地軌點 3.1.6 工業(yè)機器人取爪換爪程序編程 由于料倉設(shè)計為三類零件分別為大圓物料、小圓物料、方料，故我們?nèi)×戏帕蠒r夾爪 類型也不相同，當(dāng)我們機器人快換夾頭上沒有夾爪時我們

54、需要調(diào)用取爪程序去取相應(yīng)的夾 爪，當(dāng)機器人快換夾頭上夾爪但不是我們需要的夾爪時，我們需要調(diào)用換爪程序進行換爪， 保證可以取到應(yīng)取的物料，這兩個程序中最難的是如何去通過定最少的點來完成相對復(fù)雜 的任務(wù)，保證寄存器點位數(shù)據(jù)最少。詳細(xì)的編程思路及注解見程序。 工業(yè)機器人取爪程序： VERSION:0 GROUP:[0] //綁定業(yè)務(wù)層及軸組 //定義坐標(biāo)變量，聲明變量 //程序“取爪程序” DO[4] = OFF DO[5] = ON//機器人快換夾頭使能關(guān) J JR[2]//關(guān)節(jié)運動到快換地軌點

55、J JR[3]//關(guān)節(jié)運動到快換過渡點 J LR[R[21]]+LR[35] //關(guān)節(jié)運動到機器人應(yīng)取手爪位置 Z 方向+100 L LR[R[21]]+LR[31] VEL=200//直線運動到機器人應(yīng)取手爪位置 Z 方向+20（接近點）， 運動速度為 200 L LR[R[21]] VEL=200//直線運動到機器人應(yīng)取夾爪精確點，運動速度為 200 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 DO[4] = ON DO[5] = OFF//機器人快換夾頭使能開 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 L LR[R[21]]+LR[31] VEL=200//運動

56、到當(dāng)前夾爪 Z 方向+20，運動速度為 200 L LR[R[21]]+LR[30] VEL=200//運動到當(dāng)前夾爪 Z 方向+20，X 方向+150 運動速度為 200 R[10] = R[21]//將機器人應(yīng)取夾爪值賦予機器人當(dāng)前夾爪 J JR[3]//關(guān)節(jié)運動到快換過渡點 J JR[2]//關(guān)節(jié)運動到快換地軌點 DO[2] = OFF DO[3] = ON//機器人夾爪使能關(guān)夾爪張開 工業(yè)機器人換爪程序： VERSION:0 GROUP:[0] //綁定業(yè)務(wù)層及軸組 //定義坐標(biāo)變量，聲明變量

57、d> //程序“換爪程序” 24 200 100 J JR[2]//關(guān)節(jié)運動到快換地軌點 J JR[3]//關(guān)節(jié)運動到快換過渡點 L LR[R[10]]+LR[30]//直線運動到機器人當(dāng)前夾爪精確點 Z+20,X+150 L LR[R[10]]+LR[31] VEL=200//直線運動到機器人當(dāng)前夾爪精確點 Z+20，運動速度為 L LR[R[10]] VEL=100//直線運動到當(dāng)前夾爪精確點，運動速度為 100 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 DO[4]

58、 = OFF DO[5] = ON//機器人快換夾頭使能關(guān) WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 L LR[R[10]]+LR[35] VEL=200//直線運動到機器人當(dāng)前夾爪 Z 方向+100，運動速度為 R[10] = 0//將機器人當(dāng)前夾爪寄存器清零 CALL "QZ.PRG"http://調(diào)用取爪程序 3.1.7 工業(yè)機器人料倉盤點程序編程 料倉盤點指對倉庫或工廠存儲的物料進行清點和統(tǒng)計，以確定實際庫存量和質(zhì)量，為 管理和生產(chǎn)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。料倉盤點通常包括手工盤點和電子盤點兩種方式，手工 盤點需要人工逐一清點物料數(shù)量和品質(zhì)，而電子盤點則借助計算

59、機和相關(guān)軟件實現(xiàn)自動化 盤點。 VERSION:0 GROUP:[0] //綁定業(yè)務(wù)層及軸組 //定義坐標(biāo)變量，聲明變量 //程序“料倉盤點” R[90] = 1//機器人運行狀態(tài)為“忙” J JR[4]//關(guān)節(jié)運動到料倉及 RFID 地軌點 J JR[6]//關(guān)節(jié)運動到 RFID 過渡點 LR[40] = (LR[21]-LR[20])/5//計算列偏距 LR[41] = (LR[22]-LR[20])/4//計算行偏距 R[41] = 1//將 1 定位循環(huán)的初始位 FOR R[100] = 0

60、 TO 4 //Z 方向循環(huán)五次 FOR R[101] = 0 TO 5 //X 方向循環(huán)六次 LR[42] = LR[20]+LR[40]*R[101]+LR[41]*R[100]//計算 RFID 精確點 L LR[42]+LR[33]//直線運動到 RFID 精確點 Y 方向+50 L LR[42] VEL=100//直線運動到 RFID 精確點 R[14] = R[41]//將上次循環(huán)計算結(jié)果賦值給 RFID 位置 R[24] = 2//寄存器 R[24]狀態(tài)為 robot 請求寫 RFID WAIT R[18] = 1//等待 RFID 讀寫完成 WAIT TIME = 10

61、00//等待 1 秒 R[24] = 0//寄存器 R[24]狀態(tài)清零 R[14] = 0//RFID 位置清零 L LR[42]+LR[33]//直線運動到 RFID 精確點 Y 方向+50 R[41] = R[41]+1//寄存器 R[41]每循環(huán)一次加一 END FOR//結(jié)束 Z 方向循環(huán) END FOR//結(jié)束 X 方向循環(huán) R[41] = 0//寄存器 R[41]狀態(tài)清零 R[24] = 9//寄存器 R[24]狀態(tài)為 RFID 讀寫完成 J JR[6]//關(guān)節(jié)運動到 RFID 過渡點 J JR[4]//關(guān)節(jié)運動到料倉及 RFID 地軌點 R[24] = 0//寄存器

62、 R[24]狀態(tài)清零 J JR[0]//關(guān)節(jié)運動到原點 3.2 PLC 程序設(shè)計思路及編程 PLC 作為設(shè)備與裝置的控制器在智能產(chǎn)線中的作用是不可或缺的，由于智能產(chǎn)線中有 著大量的傳感器，通過 PLC 對設(shè)備與產(chǎn)線進行環(huán)境監(jiān)控、設(shè)備的健康狀態(tài)和生產(chǎn)過程的各 類參數(shù)進行工業(yè)大數(shù)據(jù)的有效采集。在智能產(chǎn)線中 PLC 擔(dān)任著中央處理器的作用承擔(dān)著對 機器人、料倉、數(shù)控車床、數(shù)控銑床的控制與數(shù)據(jù)傳輸。在車銑復(fù)合類零件加工的智能產(chǎn) 線 PLC 編程中為保證編程的精確性需要大量的數(shù)據(jù)交互，故各類交互表以及配置表以附錄 的形式呈現(xiàn)。附錄一切削加工智能制造單元 PLC IO 地址分配信號表、附

63、錄二 PLC 機架和 HMI 硬件配置如圖所示： 圖 3.3 PLC 機架 表 3.2 PLC 和 HMI 硬件配置 模塊類型 插槽號 訂貨號 IO地址 通信模塊 CM1241(RS422/485) 101 6ES7 241-1CH32-0XB0 CPU 模塊 1215C DC/DC/DC 1 6ES7 215-1AG40-0XB0 0~1 數(shù)字量模塊 DI 16x24VDC/DQ 16xRelay 2 6ES7 223-1PL32-0XB0 2~3 數(shù)字量模塊 DI 16x24VDC/DQ 16xRelay 3 6ES7 2

64、23-1PL32-0XB0 4~5 數(shù)字量模塊 DI 16x24VDC 4 6ES7 221-1BH32-0XB0 8~9 數(shù)字量模塊 DI 16x24VDC 5 6ES7 221-1BH32-0XB0 10~11 TP700 精智面板 6AV2 124-0JC01-0AX0 3.2.1 PLC 與各設(shè)備之間的通信協(xié)議 （1）PLC 與 MES 以及工業(yè)機器人通訊 PLC 與 MES 以及工業(yè)機器人通訊采用 Modbus TCP 通訊 Modbus TCP 通信是基于以太 網(wǎng)傳輸?shù)?Modbus 協(xié)議的一種實現(xiàn)方式。在 Modbus TCP 通信中，Modb

65、us 協(xié)議被封裝在 TCP/IP 數(shù)據(jù)包中進行傳輸。 Modbus TCP 通信使用標(biāo)準(zhǔn)的 TCP/IP 協(xié)議和端口號，可以通過局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)進行通 訊。相對于串行通信，Modbus TCP 通信具有更快的速度和更穩(wěn)定的性能，因為它使用了 高速網(wǎng)絡(luò)傳輸，并且不會受到串口波特率等硬件限制的影響。 在 Modbus TCP 通信中，設(shè)備通過 IP 地址和端口號進行通信。Modbus TCP 通信協(xié)議 定義了一組應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)單元（ADU），這些數(shù)據(jù)單元被用來完成數(shù)據(jù)讀寫、控制操作 等任務(wù)。與 Modbus RTU 等 Modbus 協(xié)議的其他實現(xiàn)方式相比，Modbus TCP 通信支持更多 的

66、數(shù)據(jù)類型和地址范圍，如浮點數(shù)、字符串、64 位整數(shù)等。 總的來說，Modbus TCP 通信具有可靠、快速、靈活等優(yōu)勢，適用于工業(yè)自動化領(lǐng)域 中較大規(guī)模的設(shè)備管理和控制系統(tǒng)。故用于 MES 以及工業(yè)機器人與 PLC 進行通訊。 （2）PLC 與 RFID 通訊 RFID 通訊主要采用的通信協(xié)議是 Modbus RTU，Modbus RTU 通信是基于串行通信的 Modbus 協(xié)議的一種實現(xiàn)方式。在 Modbus RTU 通信中，Modbus 協(xié)議被封裝在串行數(shù)據(jù)包 中進行傳輸。 Modbus RTU 通信采用 RS-485 總線作為物理層，可以通過串口連接至設(shè)備。相對于 Modbus TCP 通信，Modbus RTU 通信的速度較慢，但它具有更廣泛的應(yīng)用，因為它支持長 距離通信，并且不需要高速網(wǎng)絡(luò)傳輸。 在 Modbus RTU 通信中，設(shè)備通過地址和端口號進行通信。Modbus RTU 通信協(xié)議定 義了一組應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)單元（ADU），這些數(shù)據(jù)單元被用來完成數(shù)據(jù)讀寫、控制操作等 任務(wù)。與 Modbus TCP 等 Modbus 協(xié)議的其他實現(xiàn)方式相比，Modb