【摘要】为提高某端盖零件加工制造效率，实现生产设备智能化改造，结合零件工艺要求特点，在分析制定加工工序和多轴机器人的上下料流程的基础上，模块化设计端盖零件智能制造控制系统。详细描述端盖零件智能制造系统的联机调试运行流程，实现制造过程智能化与信息化。经过工程验证，所设计系统运行可靠。
【关键词】端盖；多轴机器人；智能制造
在传统制造业智能化改造升级过程中，多轴机器人广泛应用于智能制造单元完成毛坯及工件的上下料、工件移位翻转等工序，可以降低产业工人的劳动强度，从而快速提高生产效率，成为越来越多工厂智能化升级改造的首要选择[1，2]。端盖零件是机械加工中常见的典型零件之一，由于其结构特点一般需要车铣复合加工完成，多次装夹加工效率低，工人劳动强度较大[3]，为此设计智能制造单元加工系统。本文以典型端盖零件为载体，设计智能制造工艺，研究智能制造单元控制系统方案，包括零件工艺分析，机器人上下料轨迹规划，机床及机器人联机调试等内容。通过设备联调与试加工，系统稳定运行，达到提高生产效率目的。
1智能制造系统硬件组成
如图1所示端盖零件智能制造系统硬件主要由控制中心、多轴移动机器人、自动化料仓、数控车床、翻转平台和数控加工中心六部分组成。控制中心作为上位机发送加工需求指令并实时监控设备的运行状态，多轴移动机器人主要完成衔接不同设备加工工序的上下料动作，自动化料仓可以分批次存储毛坯件和加工后的成品工件，数控车床与数控加工中心针对端盖零件的不同工艺要求完成相应特征加工。
2智能制造工艺
2.1端盖零件工艺分析
根据零件图纸工艺要求安排加工工序，选择相应带有以太网功能、配备电动门、吹气液压卡盘的数控车床和数控钻攻中心[4，5]，加工工序安排如表1所示。
2.2机器人机床上下料规划
根据智能制造系统控制要求，选用具有移动轴的多轴机器人实现加工设备间上下料搬运，选用具备定位功能的翻转台辅助进行加工端面切换，选用具备送料台和下料台自检初始化的自动化料仓，多设备配合完成智能制造单元的智能制造过程[6]。运行过程由控制台下发生产指令，自动化料仓初始化，保障送料台位置有毛坯。多轴移动机器人在自动化料仓送料台位置抓取毛坯后等待数控车床换料请求信号，当车床完成加工工序后向多轴机器人发送换料请求信号。多轴机器人收到换料请求信号后进入车床进行上下料换料流程，并按照工序安排放置工件半成品到翻转平台调整加工端面，车床加工完成后送入数控钻攻中心，最后加工工序完成后再由多轴机器人将工件成品抓取放入自动化料仓，循环执行直到完成生产任务实现智能制造过程，具体流程如图2所示。
3控制系统设计
3.1功能模块设计
端盖零件智能制造系统是由多自动化设备硬件组成的复杂智能制造系统，负责全局监控所有参与加工制造的各自动化设备。基于Windows10系统进行开发，利用C#面向对象设计系统各部分功能。如图3所示，系统主要由用户管理、机床运行状态监控、机械手动作状态监控、料仓管理、故障记录与诊断、设备参数调试、生产效能管理等模块组成。生产效能管理模块用于下发生产指令，统计工件生产进度计算生产效率，直观反映所有设备利用率、工件加工效率，便于安排调整生产进度。设备参数调试模块可以对系统中参与加工制造的各设备的关键参数进行调试，如数控设备的X/Y信号、G信号等参数。故障记录与诊断模块用于记录加工过程中的故障报警代码。料仓管理模块实现物料的准备与工件成品的回收工作。多轴机器人状态监控模块用于检测机器人动作状态，机床运行状态监控用于监测加工过程中的机床位移数据、加工代码运行情况、刀具管理数据等。用户管理模块对系统使用者权限进行设置，保护系统专业参数不被随意修改。
3.2联机调试流程分析
在数控机床与多轴移动机器人之间建立通讯连接，首先通过机器人控制器输出信号检测机床执行动作（液压卡盘动作、气动门动作），只有当机床执行动作正常时，才可以连机运行。如控制器输出信号机床无法检测到，无执行动作，不可以连机运行，以免造成机器人与机床动作不衔接出现碰撞。端盖零件智能制造系统联调运行程序流程如图4所示，设备上电后先要开启加工设备（包括数控车床和钻攻中心）的循环启动模式，并打开联机模式。接着对自动化物料台进行初始化，为开始生产前准备毛坯物料。将多轴机器人设定为自动模式，并移动至自动化料仓进行毛坯物料抓取。控制台发送循环加工指令，机器人开始为数控机床上料，数控机床完成加工任务后循环执行下一个端盖零件的智能制造加工流程直至完成加工任务。
4工程验证
为验证端盖零件智能制造系统运行情况，证实所设计机器人机床上下料节拍的流畅性，搭建如图5所示端盖零件智能制造系统真实生产线。由控制中心发送批量生产信号，数控车床完成工件加工任务，多轴移动机器人与自动化料仓配合实现工序之间的上下料动作，减少了原先需要人工装夹的时间。经过实际设备联调，端盖零件智能制造系统各设备运行可靠、稳定，可以实现端盖零件批量化生产。
5结束语
针对端盖零件制造工艺特点，分析制定加工工序和多轴机器人的上下料流程，模块化设计端盖零件智能制造控制系统，实现端盖零件制造过程智能化与信息化。工程验证用所设计的智能制造控制系统可靠稳定运行，提高了单个零件的生产效率，该研究为其他典型零部件的智能化改造升级提供一种新解决思路。
作者：张秋杰 单位：广西职业技术学院智能制造学院