本文論述了FANUC機器人在電機外殼加工生產線上的應用過程，採用機器人自動上下料技術及利用iRVision視覺系統，合理地規劃機器人運動軌跡，把工業機器人搬運技術及數控機床加工技術有機地組合起來，實現自動裝卸工件、自動碼放加工成品，實現產品的高精度、高效率和低成本加工。
1．FANUC機器人
自動加工生產線配置了兩臺FANUC Robot M－20iA搬運系統機器人，其中一臺機器人作為行走機器人R1，使用FANUC伺服電動機αiF12／3000控制，通過精密減速機、齒輪及齒條進行傳動，重複精度高，可以輕鬆適應機床在導軌兩側佈置的方案。主要用於毛坯工件的抓取、機床上料、加工工序間工件抓取以及加工成品卸除並運送到傳輸帶上。另一臺固定機器人R2結合FANUC獨有的智能機器人技術（iRVision視覺功能），用於下料，在料筐裡碼放加工成品。
FANUC Robot M－20iA機器人各環節每一個結合處為一個關節點或座標系，其外形及各關節位置如圖1所示。
圖1 FANUC機器人外形圖
2． 自動加工線設備佈置
電機外殼自動加工生產線由上料輸送帶和下料輸送帶（分別配置iRVision視覺系統）、行走機器人R1（導軌式）、固定機器人R2、兩臺VM850立式加工中心、一臺CLX360數控車床、成品料筐和系統控制櫃等組成，各設備佈置如圖2所示。
圖2 加工線設備佈置圖
3． 數控加工工藝
工件為電機外殼， 如圖3所示， 為大批量生產， 材料是ADC12鋁合金。加工內容包含端面銑削鑽孔、攻螺紋和內孔車削等內容。
圖3 電機外殼零件圖
零件加工工序內容分配如下：（1）VM850立式加工中心1進行M4螺紋底孔鑽孔、M4螺紋攻螺紋及銑削外圓凸臺工序加工，如圖4所示。
圖4 加工中心1加工工序圖
（2）VM850加工中心2進行鑽6個φ 5．5mm的通孔、孔口倒角工序加工，如圖5所示。
圖5 加工中心2加工工序圖
（3）CLX360數控車床進行內孔及臺階孔、孔口倒角工序加工，如圖6所示。
圖6 數控車床加工工序圖
此外， 還需要設計專用夾具， 加工中心夾具採用內夾方式，數控車床採用外夾方式。利圖1 FANUC機器人外形圖用機器人與數控機床加工組合應用技術，以自動上下料的方式加工此工件，提高加工效率。
4． 機器人自動上下料動作設計
根據工件的外形特點設計機器人氣動手爪部件，包含氣動、傳感器及機械部件等。工件加工工藝流程如下：
①毛坯工件擺放在上料傳送帶上。
②行走機器人R1複合手爪抓取毛坯工件，行走到加工中心1位置，將工件安裝到加工中心1的專用夾具上，如圖7所示。
圖7 加工中心1夾具上放工件
③待加工中心1加工完成後，行走機器人R1複合手爪取下工件，行走到加工中心2位置，將工件安裝到加工中心2的專用夾具上，如圖8所示。
圖8 加工中心2夾具上放工件
④待加工中心2加工完成後，行走機器人R1取下工件到數控車床位置，將工件安裝到專用夾具上，如圖9所示。待工件加工完成後取下工件，機器人行走到工件翻轉檯位置，進行工件翻轉、交換，如圖10所示。
圖9 數控車床夾具上放工件
圖10 工件在翻轉檯上交換
⑤工件在翻轉檯進行交換後，機器人R1把加工成品放置在下料傳送帶上，如圖11所示，由機器人R2進行工件下料、自動碼放在成品料筐中，如圖12所示。
圖11 複合手爪將成品工件放到下料輸送帶上
圖12 單手爪將成品工件從下料輸送帶上取下
至此， 結束一個完整的加工流程。各加工工序有相應的節拍，經過調整CNC加工程序以及機器人動作程序後，可實現數控機床加工與機器人上下料的完美組合。
5． 專用夾具設計
依據三臺數控機床各自的加工工序任務，設計三套組合氣動夾具，介紹如下。
（1）立式加工中心1專用夾具：立式加工中心1進行鑽孔、攻如圖13所示。
圖13 加工中心1夾具
（2） 立式加工中心2 專用夾具：立式加工中心2進行鑽6個φ 5．5mm的通孔、孔口倒角工序加工，設計以氣動三爪自定心卡盤夾緊工件，以兩個彈性V形塊定向的夾具，如圖14所示。
圖14 加工中心2夾具
1．啟動卡盤 2．支承塊 3．彈性V形塊 4．特製卡爪
（3）數控車床專用夾具：數控車床進行內孔及臺階孔、孔口倒角工序加工，設計以一面兩銷定位工件、以氣動旋轉夾緊器夾緊方式的夾具，如圖15所示。
6 ． 機器人、P LC與數控機床的接口
為保證機器人與數控機床的安全配合，要建立機器人、PLC以及數控機床之間安全可靠的通信連接。在硬件方面，通過屏蔽電纜將三者之間相應的輸入與輸出點進行連接。軟件方面，通過機器人專用軟件、PLC接口，採集機床和機器人當前狀態，編寫相應的符合上下料邏輯的控制程序，最終達到數控機床與機器人的有效通信。重點需要處置緊急停止信號、數控機床準備完成信號、機器人手爪氣動信號、數控機床夾具松夾信號以及安全門信號等，數控機床狀態監控畫面如圖16所示。
圖15 數控車床夾具
圖16 數控機床狀態監控畫面
7． 結語
隨著工業機器人向更深更廣方向的發展以及機器人智能化水平的提高，機器人的應用範圍還在不斷地擴大，工業機器人自動上下料機構作為數控機床輔助部件，越來越受到機床製造商和用戶的重視。通過機器人控制系統和機床控制系統之間快速無誤的通信，以及機器人運動的精度，可保證系統加工過程的可靠性。
本文所述自動加工生產線，彙集機器人技術、PLC技術、傳感器檢測技術、通信技術及數控技術等先進技術，實現了工業機器人與數控機床的技術組合，簡化了數控機床操作模式，提高了數控機床的操作安全性，降低了工人的勞動強度，工件的上下料及自動加工連接緊密，大大提高了工作效率，具有較好的應用價值。
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