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直角坐標機械手型機床上下料生產線

CIMS(計算機集成制造系統)是將信息技術、現代管理技術和制造技術相結合，并應用于企業產品全生命周期的各個階段;通過信息集成、過程優化及資源優化，實現物流、信息流、價值流的集成和優化運行，達到人(組織、管理)、經營和技術三要素的集成，以加強企業產品開發和生產，從而提高企業的市場應變能力和競爭能力。

機床上下料自動化是近幾年在國內剛剛出現的一個新興產業。但在西方發達國家以及日本和韓國，早在20年前，機床上下料自動化系統以自動上下料機械手或6軸機器人形式廣泛應用于各種類型的數控機床上。上下料直角坐標機械手或6軸機器人與數控機床相結合，可以實現工件的自動抓取、上料、下料、裝卡以及加工等所有的工藝過程，能夠極大地節約人工成本，提高生產效率，特別適用于大批量、小型零部件的加工，如汽車變速箱齒輪、軸承套(座)、剎車盤以及金屬沖壓結構件等。

機床自動生產線和自動化程度高的加工設備已經成為今后制造工廠的一個發展趨勢。單機自動化、整線自動化等自動上下料裝置用于加工工件的自動上料和下料、工件翻轉及工件轉序等工作，能夠滿足快速、大批量加工節拍，節省人力成本，提高生產效率等要求，成為越來越多的工廠的理想選擇。

現有整線機加工自動化和單機機加工自動化系統由上下料機械手或6軸機器人、數控機床、上料臺系統、下料臺系統、過渡站系統以及檢測系統組成。通常的設備間連線方式是數控系統與相鄰的上下料機械手或機器人之間以數字量IO或者總線方式進行連線，交互信號是機床的自動門是否打開、卡盤是否打開及檢測機是否準備好等動作交互信號。整線機加工自動化系統中通常有多個機械手或機器人，機械手和機器人為保證加工工序是線性流向，都采取所有機械手或者機器人安裝在同一導軌上的方式，這樣帶來的問題是機械手或機器人之間會存在干涉區。所以，為避免兩個機械手或機器人在干涉區中相撞，每兩個機械手或機器人之間還需要考慮是否在干涉區內互發干涉信號。這種每兩個設備間互聯的方式決定了一旦加工流程發生變化，需要對每臺設備進行程序修改或調用。每臺設備都只有本地加工或搬運的參數，無法對產品的流向、加工參數等數據進行統一管理。

在現有的機床上下料系統中引入CIMS系統，可以把生產線中各個設備的運行狀況進行統一采集，對各設備的動作和各設備間的銜接進行統一調度和控制。由于CIMS系統基于工業計算機，工業計算機及其操作系統的高可靠性、硬件擴展開發靈活等特性決定了CIMS系統軟件可以利用現有的各類集成開發環境開發針對各類設備的通信接口，結合數據庫系統對產品在各個機床上的加工情況進行采集。對于加工節拍非常高的系統，可以增加一個總控PLC，對線上機械手或機器人和機床等設備進行動作上的控制。

以下是新松機器人自動化股份有限公司設計的基于CIMS的機床上下料自動化系統在某輪轂機加工生產線上的實例。

1.控制網絡結構

該系統的CIMS控制系統運行在總控工控機上，采用以太網與所有RC(機械手控制器)和機床數控系統、檢測機、激光打標機進行通信。通信的內容包括安全軟信號、機械手示教作業調度及工件加工參數等，各機械手之間通過數字量IO互連干涉區安全信號，機械手和機床之間連接動作交互IO信號，確保系統之間信號交互的實時性。CIMS控制系統通過以太網遠程IO模塊對過渡站、上料臺、下料臺、定位機以及倒角機等外圍設備進行控制。該控制結構盡最大可能地把從頂層的系統總控制器到底層執行設備之間的網絡做到扁平化，以提高全線頂層調度指令到底層執行設備之間的傳輸效率。

2.該系統中CIMS的功能

該系統采用MFC開發實現了下列功能：機床生產線系統加工動態監控;加工工藝編制和調度;多級警報系統;提供Web-service;支持MCS調度;支持各類工業總線通信;工件、刀具統計管理功能;高清晰度、高實時性仿真界面以及重要加工流程的抽檢功能。

以上所述功能中針對機床數控系統的刀具、加工參數的控制，大大降低了傳統機床上下料生產線中由人工修改機床加工參數和檢測刀具狀況的工作量，真正實現了機加工的全線自動化。

3 CIMS控制系統的擴展

隨著人力成本的增加，目前很多用戶對智能制造和無人值守工廠有著越來越強烈的需求，所以該項目中CIMS系統特別預留了MES系統的網絡接口和軟件接口，以滿足將來用戶對擴展為數字工廠的需求。

CIMS系統在機床上下料自動化系統的應用推動了機床上下料自動化的發展，替代了傳統的單機互連型系統，提高了設備的可靠性以及自動化生產水平，有效地解決了傳統機床上下料自動化生產線中產品追溯的問題，并且解決了機床的數控系統的相關參數的在線修改等問題;同時為企業的標準化、規范化及信息化的建設奠定了基礎。