為了提高生產(chǎn)力并通過(guò)提高生產(chǎn)力來(lái)提高機(jī)器的盈利能力，數(shù)控機(jī)床由一臺(tái)機(jī)器人來(lái)裝料和卸料、每周7天，每天24小時(shí)運(yùn)行，今天，有很多小型和中型機(jī)器設(shè)備生產(chǎn)廠家還沒(méi)能夠?qū)嵤┻@樣的系統(tǒng)。
圖1 人們可用G代碼對(duì)一臺(tái)Scara機(jī)器人進(jìn)行程序化。該演示器演示雞蛋上料和卸料
因?yàn)闄C(jī)器人技術(shù)通常是出自該機(jī)器設(shè)備生產(chǎn)廠家所信任的數(shù)控機(jī)床和驅(qū)動(dòng)技術(shù)生產(chǎn)廠家以外的其他生產(chǎn)廠家，所以，在此還存在著分離式的機(jī)器人控制器的附加費(fèi)用以及較大的技術(shù)服務(wù)開(kāi)銷。除此之外，機(jī)器人往往是通過(guò)一個(gè)附加的控制器進(jìn)行控制的這里便不存在機(jī)器和機(jī)器人的“單點(diǎn)操作”。這就限制了可使用性。為了使其加工變得簡(jiǎn)單，且實(shí)際效益更好，應(yīng)在慣常的主工作流技術(shù)里同質(zhì)化嵌入附加功能。這適合于數(shù)控機(jī)床近處的機(jī)器人系統(tǒng)，同樣也適合于如機(jī)器視覺(jué)解決方案或其他應(yīng)用程序特定的外部設(shè)備。
那么，人們能夠象對(duì)如數(shù)控機(jī)床那樣簡(jiǎn)單的用G代碼且按照DIN66025對(duì)機(jī)器人進(jìn)行簡(jiǎn)單程序化、并能夠通過(guò)一個(gè)先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床控制表面對(duì)所有應(yīng)用功能進(jìn)行有效的控制嗎?如果行的話，那么當(dāng)數(shù)控機(jī)床按照可編程邏輯控制器開(kāi)放(PLCopen)時(shí)也可控制運(yùn)動(dòng)軸，以使動(dòng)態(tài)(Motion)和數(shù)控機(jī)床軸實(shí)現(xiàn)高精準(zhǔn)的同步。如在運(yùn)行著的傳送帶上對(duì)工件進(jìn)行數(shù)控機(jī)床動(dòng)態(tài)加工的情況又將會(huì)是如何呢?
最佳化的集成數(shù)控機(jī)器人
使用Eckelmann公司的名為E°EXC的控制器便存在著所有這些可能。這是根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)技術(shù)研制出來(lái)的一個(gè)“數(shù)控機(jī)器人技術(shù)”。日本機(jī)器人協(xié)會(huì)(Jara)的關(guān)于一個(gè)確定級(jí)別的機(jī)器人概念很好的描述了這個(gè)解決方案。這關(guān)系到，機(jī)器人類似一個(gè)不按照一個(gè)規(guī)定的數(shù)控(NC)程序進(jìn)行工作的數(shù)控機(jī)床。這就是說(shuō)，機(jī)器設(shè)備生產(chǎn)廠家和用戶可在一個(gè)可以信任的數(shù)控機(jī)床/動(dòng)態(tài)世界里工作，且此時(shí)不必放棄一個(gè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。在此，在數(shù)控機(jī)床通常的笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)(X，Y，Z)里進(jìn)行程序化，這就意味著機(jī)器人運(yùn)動(dòng)技術(shù)不需要進(jìn)行復(fù)雜的軸的特定協(xié)調(diào)或刀具的協(xié)調(diào)。對(duì)于機(jī)器設(shè)備生產(chǎn)廠家及用戶來(lái)說(shuō)這就意味著不需考慮具體單個(gè)軸的極限或獨(dú)特性。
圖2計(jì)算機(jī)化數(shù)字控（CNC）、機(jī)器人、動(dòng)態(tài)應(yīng)用和圖像加工處理可靈活的集成進(jìn)Pegasus HMI文庫(kù)里
對(duì)于一個(gè)機(jī)器人來(lái)說(shuō)在數(shù)控機(jī)床應(yīng)用環(huán)境中可完成從全自動(dòng)化生產(chǎn)線的各種各樣的揀選和堆垛作業(yè)到借助于集成化的圖像加工處理系統(tǒng)完成硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器編碼任務(wù)。對(duì)于設(shè)定更多的數(shù)控加工步驟來(lái)說(shuō)，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)技術(shù)也能呈現(xiàn)出一個(gè)有意思的選擇。
這樣，機(jī)器人和機(jī)器自動(dòng)化，如數(shù)控機(jī)床和運(yùn)動(dòng)控制便變得親密無(wú)間。Eckelmann集團(tuán)和Rex自動(dòng)化技術(shù)公司已經(jīng)做到，用唯一的一個(gè)控制系統(tǒng)全面和靈活的完成數(shù)控機(jī)床應(yīng)用中環(huán)境中的機(jī)器人和運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)。這樣，機(jī)器設(shè)備生產(chǎn)廠家便可不需要具備機(jī)器人程序化方面自己的技術(shù)訣竅情況下可花費(fèi)很少使其數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)機(jī)器人化的作業(yè)。
圖3 該運(yùn)行時(shí)間控制器是通過(guò)計(jì)算機(jī)化數(shù)字控制（CNC）芯來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的
這就是說(shuō)，用所介紹的控制器可實(shí)時(shí)且靈活的覆蓋控制數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人和運(yùn)動(dòng)控制。在此，數(shù)控機(jī)床所描述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)路徑(軌道)。這樣，機(jī)器人便可在一個(gè)相同的笛卡爾坐標(biāo)系里簡(jiǎn)單的通過(guò)控制數(shù)控機(jī)床操作表面，進(jìn)行程序化、操作和監(jiān)控。在工作人員在不具備機(jī)器人程序化和專門(mén)的機(jī)器人語(yǔ)言知識(shí)的情況下，便能夠以很少的花費(fèi)將常用的Delta、Scara或6軸曲臂機(jī)器人集成進(jìn)數(shù)控機(jī)床應(yīng)用中。
機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換
由Eckelmann集團(tuán)研制的數(shù)控(NC)芯負(fù)責(zé)對(duì)機(jī)器人協(xié)調(diào)中的傳動(dòng)以及轉(zhuǎn)換。用戶可在完全不具備機(jī)器人程序化知識(shí)的情況下對(duì)其數(shù)控機(jī)床機(jī)器人混合機(jī)進(jìn)一步照常用G代碼且按照DIN66025的規(guī)定進(jìn)行程序化，實(shí)現(xiàn)熟悉的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)/利用計(jì)算機(jī)制造(CAM)數(shù)控機(jī)床的工作流程。傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床特性如刀具長(zhǎng)度和半徑校正或特殊技術(shù)的平衡理所當(dāng)然將由機(jī)器人運(yùn)動(dòng)來(lái)加以實(shí)現(xiàn)。這里，費(fèi)時(shí)的機(jī)器人示教和機(jī)器人程序語(yǔ)言的學(xué)習(xí)均是不必要的。
圖4 2017年德國(guó)紐倫堡電氣自動(dòng)化展會(huì)上的演示器：一臺(tái)Scara機(jī)器人（在G代碼里集成化的）從一個(gè)布置在線性軸（動(dòng)態(tài)控制）上的料盒里抓取雞蛋并將其去送去檢查以及進(jìn)行計(jì)算機(jī)化數(shù)字控制（CNC）加工
在此，控制器最多能夠控制32個(gè)計(jì)算機(jī)化數(shù)字控(CNC)和/或機(jī)器人軸。采用多軸控制器能夠最多傳動(dòng)并監(jiān)控64個(gè)動(dòng)態(tài)軸。通過(guò)PLC開(kāi)放式功能模塊可自行按照IEC61131對(duì)錯(cuò)綜復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)功能簡(jiǎn)單進(jìn)行程序化。在此，數(shù)控機(jī)床和運(yùn)動(dòng)軸可任意結(jié)合，而且甚至可在運(yùn)行時(shí)間任意覆蓋。在一個(gè)運(yùn)行著的傳送帶上進(jìn)行工件加工，在此，運(yùn)輸系統(tǒng)間或發(fā)揮著數(shù)控機(jī)床軸的功能。
在2017年德國(guó)紐倫堡電氣自動(dòng)化展會(huì)上Eckelmann集團(tuán)進(jìn)行了一個(gè)演示，生動(dòng)的演示了一個(gè)游戲性的應(yīng)用中的揀選和堆垛(Pickandplace)以及圖像加工處理，演示了在數(shù)控機(jī)床里集成的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用方案。雷克斯(Rex)自動(dòng)化技術(shù)公司用Eckelmann集團(tuán)研制的控制器和驅(qū)動(dòng)技術(shù)、PC技術(shù)、相機(jī)系統(tǒng)和配電箱作了這個(gè)演示。
圖5 該控制器支持機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的軸轉(zhuǎn)換
機(jī)器人化早已開(kāi)始
在德國(guó)紐倫堡電氣自動(dòng)化展會(huì)上，人們借助于一臺(tái)E°EXC88控制器可簡(jiǎn)單的用G代碼對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)進(jìn)行程序化，并且這些能夠集成進(jìn)數(shù)控機(jī)床應(yīng)用里。在該樣機(jī)式的應(yīng)用中，人們使用了一臺(tái)Scara機(jī)器人進(jìn)行演示。該演示在專業(yè)參觀者中引起了大的興趣。由于由控制器來(lái)控制轉(zhuǎn)換，這樣，為此機(jī)器設(shè)備生產(chǎn)廠家既不需要具備機(jī)器人方面的專門(mén)技術(shù)，也不必懂得大多數(shù)生產(chǎn)廠家的專用機(jī)器人語(yǔ)言。
數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)的機(jī)器人化事實(shí)上早已開(kāi)始，這可使得數(shù)控機(jī)床和生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率更高且獲利性更好。Eckelmann集團(tuán)和Rex自動(dòng)化技術(shù)公司已經(jīng)指明，例如，如何簡(jiǎn)單的且在系統(tǒng)不中斷的情況下將數(shù)控機(jī)床的上料和卸料集成進(jìn)計(jì)數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化和統(tǒng)一的操作中。而這僅僅是機(jī)器人在數(shù)控機(jī)床上的各種各樣應(yīng)有的一個(gè)例子。
