车铣复合类零件加工的智能生产线搭建

《车铣复合类零件加工的智能生产线搭建》由会员分享，可在线阅读，更多相关《车铣复合类零件加工的智能生产线搭建（99页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、 本科毕业论文（设计） 论 文 题 目 ： 车铣复合类零件加工的智能生产线搭建 与仿真实现 姓 名 ： 学 号 ： 班 级 ： 年 级 ： 专 业 ： 学 院 ： 指 导 教 师 ： 完 成 时 间 ： 本科毕业论文（设计）专用 摘 要 随着国家对中国制造 2025 的规划，中国制造业企业逐渐从自动化向智能制造转型， 智能制造产线可以对传统制造业进行革新，传统制造业广泛应用于汽车制造、航

2、空航天、 船舶业等等相关传统行业。制造业属于第二产业，其领域涉及广泛，包含了民生、教育、 互联网等等都会基于制造业发展。智能制造类型广泛，对于传统制造业设备自动化程度高， 但智能化程度不高，为了使得产线更加智能化必须保证最基本的智能制造单元的运行。 本文以切削加工智能制造单元为研究对象，针对车铣复合类零件加工的智能生产线搭 建与仿真实现展开研究与设计，首先分析最基本智能制造单元的组成分别为：数控车床， 加工中心，带地轨轴的七轴工业机器人，总控 PLC 软件，MES 系统，立体化料仓，中央 控制系统，RFID 读写器以及 RFID 芯片等相关设备及软件。首先通过智能产线数字孪生虚 拟调试软件对

3、产线进行搭建，其次对机器人进行编程，利用 CAXA 软件对零件建模并进行 刀轨自动编程，对 PLC 进行编程，利用智能制造单元理实一体化平台将上述程序进行可靠 性仿真并生成仿真动画。 本设计合理的搭建了切削加工智能制造单元，并编写了相关程序，解决了切削加工智 能制造单元的基本运行以及原理。利用智能制造单元理实一体化平台对产线搭建、编写程 序进行仿真，验证了车铣复合类零件加工的智能生产线搭建与仿真运行的合理性，对实际 的车铣复合类零件加工的智能生产线运行具有良好的指导作用。 关键词：车铣复合加工；智能生产线；系统搭建与仿真 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、 录 1 引 论 1 1.1 论文的研究目的及意义 1 1.2 国内外研究现状 1 1.3 研究内容 2 2 车铣复合加工智能制造单元产线布局及搭建 3 2.1 车铣复合加工智能制造单元产线布局 3 2.2 智能产线数字孪生虚拟系统搭建 6 3 车铣复合加工智能制造单元各模块编程 8 3.1 工业机器人程序设计思路及编程 8 3.2 PLC 程序设计思路及编程 21 3.3 CAXA 计算机辅助制造数控加工编程 25 4 车铣复合类零件加工智能产线控制流程图及联调仿真 46 4.1 车铣复合类零件加工智能产线控制流程图 46 4.2 车铣复合类零件

13、加工智能制造产线联调仿真 48 5 结 语 49 参考文献 50 致 谢 51 附 录 52 1 引 论 1.1 论文的研究目的及意义 目的：以切削加工智能制造单元为研究对象，针对车铣复合类零件加工的智能生产线 搭建与仿真实现展开研究与设计，分析切削加工智能制造单元的设备组成以及切削加工智 能制造单元的工作原理，掌握组成设备的应用以及设备与设备之间的通讯，通过对各类设 备的编程，以及设备之间的通讯编程，将程序导入至智能制造理实一体化平台对程序进行 验证，目的是更深层次了解切削加工智能制造单元同时对实际车铣复合类零件加工的智能 生产线运行具有良好的指导作用。 意

14、义：智能制造是基于 21 世纪信息时代与 21 世纪先进制造技术的融合，其作用贯穿 有关制造的多个环节，智能制造就是具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应的新 型生产方式，同时智能制造产线具有高度柔性化，可以根据产品需求定制，解决了自动化 只能单一批量生产的问题，且智能产线是具有智能化和高度集成的特点。随着先进制造技 术、信息技术、人工智能、大数据分析等技术的发展，智能制造将在企业中得到广泛的应 用和改进，智能制造产线将会革新传统的自动化产线。 1.2 国内外研究现状 国外研究现状： 1988 年智能制造概念的提出是由美国纽约大学教授怀特（ P.K.Wright ） 和布恩 （DA

15、.Bourne）出版了书籍《智能制造》2011 年美国实施“先进制造伙伴计划”战略该计划 重新规划了美国制造业发展战略方向，同时研究更加先进的材料勇于工业，研究新型制造 工艺以及基于互联网的新一代工业机器人来实现制造业由自动化向智能化的升级。 2013 年德国提出“工业 4.0”计划，德国将“工业 4.0”上升为国家战略层，希望做第四次 工业革命的引领者，通过工业网络、多传感技术、信息集成技术、将各式工业制造单元模 块化，通过信息集成将原材料信息借助于工业互联网实现信息交互，使得机器可以做到自 主决策，自感知，同时使得生产柔性化程度更高，个性化程度更高，同时智能制造系统还 可以利用智能物流管

16、理系统和社交网络，整合物资信息，实现物料信息快速匹配，提高生 产效率和柔性程度 2014 年英国开展“高价值制造”战略 2015 日本颁布“机器人新战略”大力发展网络信息技术，以信息技术推动制造业发展。 通过发展协同机器人、多功能电子设备、智能机床和物联网技术打造先进的无人化智能工 厂。日本制造业十分注重自动化、信息化与传统制造业的融合，由于日本为老牌工业强国， 已经广泛的普及了工业机器人，通过信息技术与智能设备的结合大大提高生产效率和生产 稳定性。 9 2016 年欧盟颁布“数字化欧洲工业计划”欧盟的工业计划是在各国战略基础上提出的 数字化欧洲工业计划，该计划期望利用

17、云计算和大数据技术有效结合起来提升大数据在工 业智能化方面的竞争力。 国内研究现状： 在 2010 年后各国相继推出了自己有关于智能制造的方案，于 2015 年中国提出《中国 制造 2025》国家行动纲领，中国智能制造的重点领域主要体现在：加快机械、航空、船舶 等相关制造行业的生产设备的智能化改造，统筹布局和推动智能交通、智能工程机械、服 务机器人等等。其实我国对智能制造的研究始于 20 世纪八十年代取得了一些成果，但是 没有形成完整的研究体系，现如今我国在智能制造等制造业发展明显较快，但相对于制造 业强国我国的综合竞争能力较弱，根据国内制造业的智能化实际情况来看，智能化只是解 决了制造效

18、率低和精度低的问题，还没达到正真意义上智能制造的五大特点既自感知、自 执行、自适应、自决策、自学习。但是不论是我国还是国外都在为这个目标努力奋斗。 我国智能制造发展中也存在需要解决的问题：一是自主创新能力不强，核心技术对外 依靠较高。二是智能装备制造标准化普及不够，企业建设没有统一的标准。三是工业大数 据应用价值还没有充分的挖掘。四是智能制造相关的现代服务业发展滞后。为此，制造业 智能化的发展需要我们继续努力研究。 1.3 研究内容 研究对象：“车铣复合类零件加工的智能产线系统搭建与仿真”为研究对象。 研究内容：本次毕业设计研究内容是“车铣复合类零件加工的智能生产线搭建与仿真” 的程序

19、设计及系统搭建仿真，车铣复合类零件加工的智能生产线搭建与仿真中主要包含了 切削加工智能制造单元中涉及到的 PLC 编程、工业机器人编程、CAXA 软件应用、MES 系统应用以及理实一体化平台联调仿真，本次论文将详细介绍工业机器人编程及 CAXA 软 件应用，其余程序及仿真视频主要以附件形式放置附录七中。 2 车铣复合加工智能制造单元产线布局及搭建 2.1 车铣复合加工智能制造单元产线布局 为了使得智能制造产线完整搭建，拟使用智能产线数字孪生虚拟调试软件搭建智能制 造产线，切削加工智能制造单元硬件清单如下： 表 2.1 智能制造单元硬件清单 1、数控车床 ——自动化接口

20、，配摄像头 2、加工中心(三轴)——自动化接口，配摄像头、在线检测 3、工业机器人——定制行走式机器人 4、机器人夹具——三种夹具，配快换系统 5、机器人导轨——有效行程 3.8 米，总长 5 米 6、立体仓库——设 5 层 6 列共 30 个仓位，含安全门、开关按钮、RFID 检测设备、光电开关及指示灯 7、在线测量装置——用于加工中心 8、零点定位系统——用于加工中心 9、可视化系统及显示终端——显示机床运行状态，工件加工情况、加工效果、加工日志、数据统计等 10、中央电气控制系统——负责周边设备及机器人控制，实现智能制造单元的流程和逻辑总控 11、安全防护系统——防止

21、意外闯入、保护人员安全 12、RFID 读写器及 RFID 芯片——工件加工状态、加工信息等的读写 13、编程和设计工位计算机——参考具体技术参数 图 2.1 数控车床 ——自动化接口，配摄像头 图 2.2 加工中心(三轴)——自动化接口，配摄像头、在线检测 在线测量装置——用于加工中心 零点定位系统——用于加工中心 图 2.3 工业机器人——定制行走式机器人 机器人导轨——有效行程 3.8 米，总长 5 米 图 2.4 机器人夹具——三种夹具，配快换系统 图 2.5 立体仓库——设 5

22、层 6 列共 30 个仓位，含安全门、 开关按钮、RFID 检测设备、光电开关及指示灯 图 2.6 中央电气控制系统——负责周边设备及机器人控制， 实现智能制造单元的流程和逻辑总控 图 2.7 安全防护系统——防止意外闯入、保护人员安全 图 2.8 RFID 读写器及 RFID 芯片——工件加工状态、加工信息等的读写 2.2 智能产线数字孪生虚拟系统搭建 图 2.9 智能制造产线整体视图 图 2.10 切削加工智能制造单元布局 3 车铣复合加工智能制造单元各模块编程 3.1 工业机器人程序设

23、计思路及编程 工业机器人是面向于工业领域的多关节机械臂是一类机械装置，通过机器人的末端操 作器可以使得工业机器人适用于不同的场景，工业机器人末端操作器为模块化设备，可以 更换为夹爪、焊枪、吸盘等等，其作为车铣复合类零件的智能产线中重要的搬运设备，其 末端操作器为夹爪，其功能为将零件在料仓、数控车床、数控加工中心之间搬运和精确放 置的设备对于智能产线来说是一个具有超强执行力的搬运工。在智能制造车铣复合加工零 件的智能生产线中对比一般的六轴工业机器人，智能制造产线的工业机器人添加一个地轨 轴从而来满足机械臂游走于各类设备之间。为了使得产线智能化可视化，智能制造产线的 工业机器人在末端操作器上会安

24、置 RFID 读写器，以便于将工件信息读取或写入相关芯片， 从而使得工件状态可视化。车铣复合类零件加工的智能生产线中机器人程序组成如图所示： 图 3.1 工业机器人程序图 3.1.1 工业机器人主程序构架及主程序编程 在车铣复合零件加工的智能生产线中工业机器人的主程序作用先是先复位所有的寄 存器，因为我们不能保证每次寄存器的状态都是我们理想的状态，循环检查 PLC 发来的寄 存器信号，通过寄存器信号来判断机器人是进行料仓盘点还是进行订单生产，若进行料仓 盘点，等料仓信息盘点完毕之后再进行订单生产，订单生产时判断机器人末端操作器上是 否为目标爪，若是目标爪则通过判断开始

25、准备料仓取料、车床取料、加工中心取料，若机 器人末端操作器为非目标爪通过调用换爪程序换取为目标爪，再进行判断，若判断为料仓 取料则需要再次进行判断是进行车床放料还是加工中心放料，若判断为车床取料或者加工 中心取料则直接进行料仓放料。主程序流程图如图所示： 图 3.2 主程序流程图 表 3.1 机器人点位表 名称 寄存器 名称 寄存器 名称 寄存器 名称 寄存器 原点 JR[0] 小圆爪精确点 LR[1] 仓位 1 LR[10] RFID1 LR[20] 快换地轨点 JR[2] 大圆爪精确点 LR[2] 仓位 6 LR[11] RFID6

26、 LR[21] 快换过渡点 JR[3] 方爪精确点 LR[3] 仓位 7 LR[12] RFID25 LR[22] 料仓及 RFID JR[4] 车小圆精确点 LR[4] 仓位 12 LR[13] 地轨点 料仓过渡点 JR[5] 车大圆精确点 LR[5] 仓位 13 LR[14] X+150 Z+20 LR[30] RFID 过渡点 JR[6] 铣大圆精确点 LR[6] 仓位 18 LR[15] Z+20 LR[31] 车床地轨点 JR[7] 铣方料

27、精确点 LR[7] 仓位 19 LR[16] Z+200 LR[32] 车床过渡点 JR[8] 仓位 24 LR[17] Y+50 LR[33] 加工中心地轨点 JR[9] 列偏数 LR[40] 仓位 25 LR[18] Y+200 Z+100 LR[34] 加工中心过渡点 1 JR[10] 行偏数 LR[41] 仓位 30 LR[19] Z+100 LR[35] 加工中心过渡点 2 JR[11] 精确点 LR[42] Y+200 LR[36] Y-100

28、LR[37] X+200 LR[38] 工业机器人主程序： VERSION:0 GROUP:[0] //绑定业务层及轴组 //定义坐标变量，声明变量 //程序“主程序” WAIT DO[100] = ON LBL[1]//跳转标签循环扫描 R[11] = 0//取料位置响应清零 R[12] = 0//放料位置响应清零 R[13] = 0//设备号响应清零 R[14] = 0//RFID 响应清零 R[24] = 0//寄存器 R[24]状态清零 R[90] = 0//工业机

29、器人运行状态清零 IF R[15]=0 AND R[16]=0 AND R[17]=0 AND R[23]=0 , GOTO LBL[1] //如果取料位状态为 0、放料位状态为 0、设备号响应为 0、RFID 读写为 0 则跳转至标 签[1] IF R[23]=1 , CALL "LCPD.PRG"//如果 RFID 读写状态为 1 也就是读取 RFID，则调用 子程序“料仓盘点” WAIT R[25] = 1//等待确认信号状态为 1 R[11] = R[15]//取料位置响应为取料位 19 R[12] = R[16]//放料位置响应为放料位 R[13] = R

30、[17]//设备号响应设备号 R[90] = 1//工业机器人运行状态为 1 也就是工业机器人运行状态为忙 IF R[10]=0 , CALL "QZ.PRG"//如果机器人当前手爪状态为 0，也就是没有夹爪的时 候调用子程序“取爪”程序 IF R[10]<>0 AND R[10]<>R[21] , CALL "HZ.PRG"//如果机器人当前手爪状态不为 0， 也就是有夹爪同时判断机器人当前手爪不是应取手爪则调用子程序“换爪”程序 IF R[11]<>0 AND R[12]=0 AND R[13]<>0 , CALL "KQ.PRG"//如果取料位置响应不为 0、放料位置为 0、

31、设备号响应不为 0 则调用子程序“料仓取料”程序 IF R[11]=0 AND R[12]<>0 AND R[13]=1 , CALL "CQ.PRG"//如果取料位置响应为 0、 放料位置响应不为 0、设备号响应为 1（车床）则调用子程序“车床取料”程序 IF R[11]=0 AND R[12]<>0 AND R[13]=2 , CALL "XQ.PRG"//如果取料位置响应为 0、 放料位置响应不为 0、设备号响应为 2（加工中心）则调用子程序“加工中心取料”程序 J JR[0]//关节运动到原点 GOTO LBL[1]//跳转至标签 1 3.1.2 工业机器人车

32、床取料放料程序编程 在车铣复合类零件加工的智能生产线中车床取料、车床放料的机器人作为子程序，也 是不可或缺的，由于是针对车铣复合类零件，所以产线中必然会涉及到如何进行车床放料 和下料的过程，首先我们需要定义由于零件的不同所导致的夹爪的差异，为此在车床取料 和放料的精确点不完全相同，所以我们首先要定义车床取料放料的精确点保证机器人在放 料取料过程中的无误，详细的编程及思路见下程序及注解。 工业机器人车床取料： VERSION:0 GROUP:[0] //绑定业务层及轴组 //定义坐标变量，声明变量 //程序“车床取料”

33、 LR[42] = LR[R[10]+3]//定义车床取料精确点 WAIT R[19] = 0//等待车床安全门打开 J JR[7]//关节运动到车床地轨点 J JR[8]//关节运动到车床过渡点 L LR[42]+LR[38]//直线运动到车床取料精确点 X 方向+200 L LR[42] VEL=200//直线运动到车床取料精确点运动速度为 200 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 DO[2] = ON DO[3] = OFF//夹爪闭合夹取物料 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 R[24] = 3//寄存器 R[23]为车床卡

34、盘松开 WAIT R[26] = 0//等待车床卡盘信号为打开 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 L LR[42]+LR[38]//直线运动到车床取料精确点的 X 方向+200 J JR[8]//关节运动到车床过渡点 J JR[7]//关节运动到车床地轨点 R[24] = 12//寄存器 R[24]状态为车床取料完成 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 R[24] = 0//寄存器 R[24]清零 CALL "KF.PRG"//调用子程序“料仓放料” 工业机器人车放程序： VERSION:0 GROUP:[0]

35、>//绑定业务层及轴组 //定义坐标变量，声明变量 //程序“车床放料” LR[42] = LR[R[10]+3]//定义车床放料精确点 WAIT R[19] = 0//等待车床安全门打开 WAIT R[26] = 0//等待车床卡盘信号打开 J JR[7]//关节运动到车床地轨点 J JR[8]//关节运动到车床过渡点 L LR[42]+LR[38] VEL=200//直线运动到车床放料精确点 X 方向+150 运动速度为 200 L LR[42] VEL=200//直线运动到车床放料精确点，运动速度为 200 WAIT TIME

36、= 1000//等待 1 秒 R[24] = 4//寄存器 R[24]状态为车床卡盘夹紧 WAIT R[26] = 1//等待车床卡盘信号夹紧 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 DO[2] = OFF DO[3] = ON//机器人夹爪使能关，夹爪松开 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 L LR[42]+LR[38]//直线运动到车床放料精确点 X 方向+200 J JR[8]//关节运动到车床过渡点 J JR[7]//关节运动到车床地轨点 R[24] = 11//寄存器 R[24]状态为车床放料完成 WAIT TIME = 1000/

37、/等待 1 秒 R[24] = 7//寄存器 R[24]状态为机床启动 WAIT R[19] = 1//等待车床安全门关闭 R[24] = 0//寄存器 R[24]状态清零 3.1.3 工业机器人 CNC 取料放料程序编程 车铣复合类零件的加工与智能生产线包含了铣的工序，所以加工中心也是必不可少的 设备为此工业机器人的子程序中应包含加工中心的取料和放料，取料和放料过程中我们需 定义取料和放料的精确点，同时为保证安全运行机器人和加工中心安全门之间要有一定的 配合逻辑关系。详细的编程思路及注解见下程序。 工业机器人加工中心取料： VERSION:0 GROUP

38、:[0] //绑定业务层及轴组 //定义坐标变量，声明变量 //程序“加工中心取料” LR[42] = LR[R[10]+4]//定义加工中心取料精确点 R[24] = 6//寄存器 R[24]状态为加工中心夹具松开 WAIT R[27] = 0//等待 CNC 卡盘信号打开 WAIT R[20] = 0//等待加工中心安全门打开 J JR[9]//关节运动到加工中心地轨点 J JR[10]//关节运动到加工中心过渡点 1 J JR[11]//关节运动到加工中心过渡点 2 L LR[42]+LR[37]//直线

39、运动到加工中心取料精确点 Y-100 L LR[42] VEL=200//直线运动到加工中心取料精确点，运动速度为 200 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 DO[2] = ON DO[3] = OFF//机器人夹爪使能开（夹住物料） WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 L LR[42]+LR[35]//直线运动到加工中心取料精确点 Z 方向+100 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 J JR[11]//关节运动到加工中心过渡点 2 J JR[10]//关节运动到加工中心过渡点 1 J JR[9]//关节运动到加工中心地轨点 R[24

40、] = 14//寄存器 R[24]状态为加工中心取料完成 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 R[24] = 0//寄存器 R[24]状态清零 CALL "KF.PRG"//调用子程序“料仓放料” 工业机器人加工中心放料： VERSION:0 GROUP:[0] //绑定业务层及轴组 //定义坐标变量，声明变量 //程序“加工中心放料” LR[42] = LR[R[10]+4]//定义加工中心放料精确点 WAIT R[27] = 0//等待 CNC 卡盘信号打开 WAIT R[2

41、0] = 0//等待加工中心安全门打开 J JR[9]//关节运动到加工中心地轨点 J JR[10]//关节运动到加工中心过渡点 1 J JR[11]//关节运动到加工中心过渡点 2 L LR[42]+LR[35] VEL=200//直线运动到加工中心放料精确点 Z 方向+100 L LR[42] VEL=200//直线运动到加工中心放料精确点 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 DO[2] = OFF DO[3] = ON//机器人夹爪使能关（放开物料） WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 L LR[42]+LR[37]//直线运动到放料

42、精确点 Y 方向-100 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 R[24] = 5//寄存器 R[24]状态为加工中心夹具夹紧 WAIT R[27] = 1//等待 CNC 卡盘信号为夹紧 J JR[11]//关节运动到加工中心过渡点 2 J JR[10]//关节运动到加工中心过渡点 1 J JR[9]//关节运动到加工中心地轨点 R[24] = 13//寄存器 R[24]状态为加工中心放料完成 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 R[24] = 7//机床启动 WAIT R[20] = 1//等待加工中心安全门关闭 R[24] = 0//寄存器 R[24

43、]状态清零 3.1.4 工业机器人料仓取料放料程序编程 立体化料仓作为车铣复合类零件加工的智能生产线中物料和工件的储存仓，我们需要 通过工业机器人从立体化料仓中取出相应仓位的物料或者放加工后的工件，我们如何准确 的取到我们所需的物料，需要通过计算仓位之间的距离以及行偏列偏数来精确的取到我们 所需的物料。详细编程思路及注解见程序。 工业机器人料仓取料程序： VERSION:0 GROUP:[0] //绑定业务层及轴组 //定义坐标变量，声明变量 //程序“料仓取料” CALL "DRFID.PRG

44、"//调用子程序“读 RFID” LR[40] = (LR[11+2*R[28]]-LR[10+2*R[28]])/5//计算列偏距 LR[42] = LR[10+2*R[28]]+LR[40]*R[29]//计算料仓取料精确点 J JR[4]//关节运动到料仓及 RFID 地轨点 J JR[5]//关节运动到料仓过渡点 L LR[42]+LR[34]//直线运动到料仓取料精确点 Y 方向+200、Z 方向+100 L LR[42]+LR[33+R[10]]//直线运动到料仓取料接近点 L LR[42] VEL=100//直线运动到料仓取料精确点 WAIT TIME =

45、1000//等待 1 秒 DO[2] = ON DO[3] = OFF//机器人夹爪使能开（夹取物料） WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 L LR[42]+LR[35]//直线运动到取料精确点 Z 方向+100 L LR[42]+LR[34]//直线运动到取料精确点 Z 方向+100，Y 方向+200 J JR[5]//关节运动到料仓过渡点 J JR[4]//关节运动到料仓及 RFID 地轨点 IF R[13]=1 , CALL "CF.PRG"//如果设备号响应为 1 则调用子程序“车床放料” IF R[13]=2 , CALL "XF.PRG"//如果设备号响

46、应为 2 则调用子程序“加工中心放料” 工业机器人料仓放料程序： VERSION:0 GROUP:[0] //绑定业务层及轴组 //定义坐标变量，声明变量 //程序“料仓放料” LR[40] = (LR[11+2*R[28]]-LR[10+2*R[28]])/5//计算列偏数 LR[42] = LR[10+2*R[28]]+LR[40]*R[29]//计算放料精确点 J JR[4]//关节运动到料仓及 RFID 地轨点 J JR[5]//关节运动到料仓过渡点 L LR[42]+LR[34]//

47、直线运动到放料精确点 Y 方向+200，Z 方向+100 L LR[42]+LR[35]//直线运动到放料精确点 Z 方向+100 L LR[42] VEL=100//直线运动到放料精确点，运动速度为 100 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 DO[2] = OFF DO[3] = ON//机器人夹爪使能关（放料） R[24] = 15//寄存器 R[24]状态为料仓放料完成 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 R[24] = 0//寄存器 R[24]状态清零 L LR[42]+LR[33+R[10]]//直线运动到放料接近点 L LR[4

48、2]+LR[34]//直线运动到放料精确点 Y 方向+200，Z 方向+100 J JR[5]//关节运动到料仓过渡点 J JR[4]//关节运动到料仓及 RFID 地轨点 CALL "XRFID.PRG"//调用子程序“写 RFID” 3.1.5 工业机器人 RFID 读写程序编程 由于智能智能产线的定义为自执行、自感知、自适应、自决策、自适应为满足自感知 我们需要用到大量的传感器，而 RFID 作为射频识可以通过无线电信号识别特定目标并读 写相关数据，无需通过有线连接或接触式连接传输数据，在车铣复合类零件加工的智能生 产线中为了使得料仓各仓位的物料数据准确的显示在显示

49、器上我们需要对每个料仓的数 据进行读取或更改，在工业机器人 RFID 读写中难点在于如何精确的算出 30 个仓位点中我 们所需要的仓位 RFID 点位。详细编程思路及注解见程序。 工业机器人读 RFID 程序： VERSION:0 GROUP:[0] //绑定业务层及轴组 //定义坐标变量，声明变量 //程序“读 RFID 程序” LR[40] = (LR[21]-LR[20])/5//计算料仓列偏距 LR[41]=(LR[22]-LR[20])/4//计算料仓行偏距 LR[42]=LR[20]+LR[40]*

50、R[29]+LR[41]*R[28]//计算 RFID 精确点 J JR[4]//关节运动到料仓及 RFID 地轨点 J JR[6]//关节运动到 RFID 过渡点 L LR[42]+LR[33]//直线运动到 RFID 精确点 Y 方向+50 L LR[42] VEL=100//直线运动到 RFID 精确点，运动速度为 100 R[14] = R[11]//将取料位置响应赋值给 RFID 位置 R[24] = 1//寄存器 R[24]状态为 robot 请求读 RFID WAIT R[18] = 1//等待 RFID 读取完成 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]//直线运动到 RFID 精确点 Y 方向+50 J JR[6]//关节运动到 RFID 过渡点 J JR[4]//关节运动到料仓及 RFID 地轨点 工业机器人写 RFID 程序： VERSION:0 GROUP:[0] //绑定业务层及轴组 //定义坐标变量，声明变量 //程序“写 RFID 程序” LR[40] = (LR[21]-LR[20])/5//计算料仓

52、列偏距 LR[41] = (LR[22]-LR[20])/4//计算料仓行偏距 LR[42] = LR[20]+LR[40]*R[29]+LR[41]*R[28]//计算写 RFID 精确点 J JR[4]//关节运动到料仓及 RFID 地轨点 J JR[6]//关节运动到 RFID 过渡点 L LR[42]+LR[33]//直线运动到写 RFID 精确点 Y 方向+50 L LR[42] VEL=100//直线运动到写 RFID 精确点，运动速度为 100 R[14] = R[12]//将放料位置响应赋值给 RFID 位置 R[24] = 2//寄存器 R[24]状态为 robo

53、t 请求写 RFID WAIT R[18] = 1//等待 RFID 写完成 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 R[24] = 0//寄存器 R[24]状态清零 R[14] = 0//RFID 位置状态清零 L LR[42]+LR[33]//直线运动到写 RFID 精确点 Y 方向+50 J JR[6]//关节运动到 RFID 过渡点 J JR[4]//关节运动到料仓及 RFID 地轨点 3.1.6 工业机器人取爪换爪程序编程 由于料仓设计为三类零件分别为大圆物料、小圆物料、方料，故我们取料放料时夹爪 类型也不相同，当我们机器人快换夹头上没有夹爪时我们

54、需要调用取爪程序去取相应的夹 爪，当机器人快换夹头上夹爪但不是我们需要的夹爪时，我们需要调用换爪程序进行换爪， 保证可以取到应取的物料，这两个程序中最难的是如何去通过定最少的点来完成相对复杂 的任务，保证寄存器点位数据最少。详细的编程思路及注解见程序。 工业机器人取爪程序： VERSION:0 GROUP:[0] //绑定业务层及轴组 //定义坐标变量，声明变量 //程序“取爪程序” DO[4] = OFF DO[5] = ON//机器人快换夹头使能关 J JR[2]//关节运动到快换地轨点

55、J JR[3]//关节运动到快换过渡点 J LR[R[21]]+LR[35] //关节运动到机器人应取手爪位置 Z 方向+100 L LR[R[21]]+LR[31] VEL=200//直线运动到机器人应取手爪位置 Z 方向+20（接近点）， 运动速度为 200 L LR[R[21]] VEL=200//直线运动到机器人应取夹爪精确点，运动速度为 200 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 DO[4] = ON DO[5] = OFF//机器人快换夹头使能开 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 L LR[R[21]]+LR[31] VEL=200//运动

56、到当前夹爪 Z 方向+20，运动速度为 200 L LR[R[21]]+LR[30] VEL=200//运动到当前夹爪 Z 方向+20，X 方向+150 运动速度为 200 R[10] = R[21]//将机器人应取夹爪值赋予机器人当前夹爪 J JR[3]//关节运动到快换过渡点 J JR[2]//关节运动到快换地轨点 DO[2] = OFF DO[3] = ON//机器人夹爪使能关夹爪张开 工业机器人换爪程序： VERSION:0 GROUP:[0] //绑定业务层及轴组 //定义坐标变量，声明变量

57、d> //程序“换爪程序” 24 200 100 J JR[2]//关节运动到快换地轨点 J JR[3]//关节运动到快换过渡点 L LR[R[10]]+LR[30]//直线运动到机器人当前夹爪精确点 Z+20,X+150 L LR[R[10]]+LR[31] VEL=200//直线运动到机器人当前夹爪精确点 Z+20，运动速度为 L LR[R[10]] VEL=100//直线运动到当前夹爪精确点，运动速度为 100 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 DO[4]

58、 = OFF DO[5] = ON//机器人快换夹头使能关 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 L LR[R[10]]+LR[35] VEL=200//直线运动到机器人当前夹爪 Z 方向+100，运动速度为 R[10] = 0//将机器人当前夹爪寄存器清零 CALL "QZ.PRG"//调用取爪程序 3.1.7 工业机器人料仓盘点程序编程 料仓盘点指对仓库或工厂存储的物料进行清点和统计，以确定实际库存量和质量，为 管理和生产提供准确的数据支持。料仓盘点通常包括手工盘点和电子盘点两种方式，手工 盘点需要人工逐一清点物料数量和品质，而电子盘点则借助计算

59、机和相关软件实现自动化 盘点。 VERSION:0 GROUP:[0] //绑定业务层及轴组 //定义坐标变量，声明变量 //程序“料仓盘点” R[90] = 1//机器人运行状态为“忙” J JR[4]//关节运动到料仓及 RFID 地轨点 J JR[6]//关节运动到 RFID 过渡点 LR[40] = (LR[21]-LR[20])/5//计算列偏距 LR[41] = (LR[22]-LR[20])/4//计算行偏距 R[41] = 1//将 1 定位循环的初始位 FOR R[100] = 0

60、 TO 4 //Z 方向循环五次 FOR R[101] = 0 TO 5 //X 方向循环六次 LR[42] = LR[20]+LR[40]*R[101]+LR[41]*R[100]//计算 RFID 精确点 L LR[42]+LR[33]//直线运动到 RFID 精确点 Y 方向+50 L LR[42] VEL=100//直线运动到 RFID 精确点 R[14] = R[41]//将上次循环计算结果赋值给 RFID 位置 R[24] = 2//寄存器 R[24]状态为 robot 请求写 RFID WAIT R[18] = 1//等待 RFID 读写完成 WAIT TIME = 10

61、00//等待 1 秒 R[24] = 0//寄存器 R[24]状态清零 R[14] = 0//RFID 位置清零 L LR[42]+LR[33]//直线运动到 RFID 精确点 Y 方向+50 R[41] = R[41]+1//寄存器 R[41]每循环一次加一 END FOR//结束 Z 方向循环 END FOR//结束 X 方向循环 R[41] = 0//寄存器 R[41]状态清零 R[24] = 9//寄存器 R[24]状态为 RFID 读写完成 J JR[6]//关节运动到 RFID 过渡点 J JR[4]//关节运动到料仓及 RFID 地轨点 R[24] = 0//寄存器

62、 R[24]状态清零 J JR[0]//关节运动到原点 3.2 PLC 程序设计思路及编程 PLC 作为设备与装置的控制器在智能产线中的作用是不可或缺的，由于智能产线中有 着大量的传感器，通过 PLC 对设备与产线进行环境监控、设备的健康状态和生产过程的各 类参数进行工业大数据的有效采集。在智能产线中 PLC 担任着中央处理器的作用承担着对 机器人、料仓、数控车床、数控铣床的控制与数据传输。在车铣复合类零件加工的智能产 线 PLC 编程中为保证编程的精确性需要大量的数据交互，故各类交互表以及配置表以附录 的形式呈现。附录一切削加工智能制造单元 PLC IO 地址分配信号表、附

63、录二 PLC 机架和 HMI 硬件配置如图所示： 图 3.3 PLC 机架 表 3.2 PLC 和 HMI 硬件配置 模块类型 插槽号 订货号 IO地址 通信模块 CM1241(RS422/485) 101 6ES7 241-1CH32-0XB0 CPU 模块 1215C DC/DC/DC 1 6ES7 215-1AG40-0XB0 0~1 数字量模块 DI 16x24VDC/DQ 16xRelay 2 6ES7 223-1PL32-0XB0 2~3 数字量模块 DI 16x24VDC/DQ 16xRelay 3 6ES7 2

64、23-1PL32-0XB0 4~5 数字量模块 DI 16x24VDC 4 6ES7 221-1BH32-0XB0 8~9 数字量模块 DI 16x24VDC 5 6ES7 221-1BH32-0XB0 10~11 TP700 精智面板 6AV2 124-0JC01-0AX0 3.2.1 PLC 与各设备之间的通信协议 （1）PLC 与 MES 以及工业机器人通讯 PLC 与 MES 以及工业机器人通讯采用 Modbus TCP 通讯 Modbus TCP 通信是基于以太 网传输的 Modbus 协议的一种实现方式。在 Modbus TCP 通信中，Modb

65、us 协议被封装在 TCP/IP 数据包中进行传输。 Modbus TCP 通信使用标准的 TCP/IP 协议和端口号，可以通过局域网或互联网进行通 讯。相对于串行通信，Modbus TCP 通信具有更快的速度和更稳定的性能，因为它使用了 高速网络传输，并且不会受到串口波特率等硬件限制的影响。 在 Modbus TCP 通信中，设备通过 IP 地址和端口号进行通信。Modbus TCP 通信协议 定义了一组应用层协议数据单元（ADU），这些数据单元被用来完成数据读写、控制操作 等任务。与 Modbus RTU 等 Modbus 协议的其他实现方式相比，Modbus TCP 通信支持更多 的

66、数据类型和地址范围，如浮点数、字符串、64 位整数等。 总的来说，Modbus TCP 通信具有可靠、快速、灵活等优势，适用于工业自动化领域 中较大规模的设备管理和控制系统。故用于 MES 以及工业机器人与 PLC 进行通讯。 （2）PLC 与 RFID 通讯 RFID 通讯主要采用的通信协议是 Modbus RTU，Modbus RTU 通信是基于串行通信的 Modbus 协议的一种实现方式。在 Modbus RTU 通信中，Modbus 协议被封装在串行数据包 中进行传输。 Modbus RTU 通信采用 RS-485 总线作为物理层，可以通过串口连接至设备。相对于 Modbus TCP 通信，Modbus RTU 通信的速度较慢，但它具有更广泛的应用，因为它支持长 距离通信，并且不需要高速网络传输。 在 Modbus RTU 通信中，设备通过地址和端口号进行通信。Modbus RTU 通信协议定 义了一组应用层协议数据单元（ADU），这些数据单元被用来完成数据读写、控制操作等 任务。与 Modbus TCP 等 Modbus 协议的其他实现方式相比，Modb