车铣复合类零件加工的智能生产线搭建

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、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。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CAXA软件对零件建模并进行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。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Abstractthenationalplanof"MadeinChina2025",Chinesemanufacturingenterprisesaregraduallytransformingfromautomationtointelligentmanufacturing.Intelligentmanufacturingproductionlinecaninnovatetraditionalmanufacturingindustry,whichiswidelyusedinautomobilemanufacturing,aerospace,shippingandotherrelatedtraditionalindustries.Asasecondaryindustry,manufacturingindustryinvolvesawiderangeoffields,includingpeople'slivelihood,education,theInternetandsoon.Intelligentmanufacturinghasawiderangeoftypes.Fortraditionalmanufacturingequipment,thedegreeofautomationishigh,butthedegreeofintelligenceisnothigh.Inordertomaketheproductionlinemoreintelligent,theoperationofthemostbasicintelligentmanufacturingunitmustbeguaranteed.Inthispaper,thecuttingintelligentmanufacturingunitistakenastheresearchobject,aimingattheintelligentproductionlineconstructionandsimulationimplementationofturningandmillingcompositepartsprocessingresearchanddesign.Firstly,thecompositionofthemostbasicintelligentmanufacturingunitisanalyzedasfollows:CNClathes,processingcenters,seven-axisindustrialrobotswithearthrailaxis,totalcontrolPLCsoftware,MESsystem,three-dimensionalsilo,centralcontrolsystem,RFIDreaderandRFIDchipandotherrelatedequipmentandsoftware.Firstly,theproductionlinewasbuiltthroughthedigitaltwinningvirtualdebuggingsoftwareoftheintelligentproductionline.Secondly,therobotwasprogrammed.CAXAsoftwarewasusedtomodelthepartsandcarryoutautomaticprogrammingofthetooltrack,PLCwasprogrammed.Thisdesignreasonablysetupthecuttingintelligentmanufacturingunit,andwritetherelevantprogram,solvethebasicoperationandprincipleofthecuttingintelligentmanufacturingunit.Byusingtheintegratedplatformofintelligentmanufacturingunittheoryandrealitytobuildproductionlineandwriteprogramsimulation,therationalityofintelligentproductionlineconstructionandsimulationoperationofturningmillingcompositepartsprocessingisverified,whichhasagoodguidingrolefortheactualintelligentproductionlineoperationofturningmillingcompositepartsprocessing.Keywords:Turn-millingcompositemachining;Intelligentproductionline;Systemconstructionandsimulation目 录TOC\o"1-2"\h\z\u1引 论 11.1论文的研究目的及意义 11.2国内外研究现状 11.3研究内容 22车铣复合加工智能制造单元产线布局及搭建 32.1车铣复合加工智能制造单元产线布局 32.2智能产线数字孪生虚拟系统搭建 63车铣复合加工智能制造单元各模块编程 83.1工业机器人程序设计思路及编程 83.2PLC程序设计思路及编程 213.3CAXA计算机辅助制造数控加工编程 254车铣复合类零件加工智能产线控制流程图及联调仿真 464.1车铣复合类零件加工智能产线控制流程图 464.2车铣复合类零件加工智能制造产线联调仿真 485结 语 49参考文献 50致 谢 51附 录 52PAGEPAGE11引 论1.1论文的研究目的及意义生产线运行具有良好的指导作用。意义：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（）和布恩（DA.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。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。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”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、MESCAXA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，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2.8RFID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置RFID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PLC发来的寄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1LR[10]RFID1LR[20]快换地轨点JR[2]大圆爪精确点LR[2]仓位6LR[11]RFID6LR[21]快换过渡点JR[3]方爪精确点LR[3]仓位7LR[12]RFID25LR[22]料仓及RFIDJR[4]车小圆精确点LR[4]仓位12LR[13]PAGEPAGE10地轨点料仓过渡点JR[5]车大圆精确点LR[5]仓位13LR[14]X+150Z+20LR[30]RFID过渡点JR[6]铣大圆精确点LR[6]仓位18LR[15]Z+20LR[31]车床地轨点JR[7]铣方料精确点LR[7]仓位19LR[16]LR[32]车床过渡点JR[8]仓位24LR[17]LR[33]加工中心地轨点JR[9]列偏数LR[40]仓位25LR[18]Y+200Z+100LR[34]加工中心过渡点1JR[10]行偏数LR[41]仓位30LR[19]LR[35]加工中心过渡点2JR[11]精确点LR[42]Y+200LR[36]Y-100LR[37]X+200LR[38]工业机器人主程序：<attr>VERSION:0GROUP:[0]<end>//绑定业务层及轴组<pos>//定义坐标变量，声明变量<end><program>//程序“主程序”DO[100]=ONLBL[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//工业机器人运行状态清零IFR[15]=0ANDR[16]=0ANDR[17]=0ANDR[23]=0 ,GOTOLBL[1]//如果取料位状态为读写为0则跳转至标签[1]IFR[23]=1 ,CALL"LCPD.PRG"//如果RFID读写状态为1也就是读取子程序“料仓盘点”R[25]=1//等待确认信号状态为1R[11]=R[15]//取料位置响应为取料位R[12]=R[16]//放料位置响应为放料位R[13]=R[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IFR[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IFR[10]<>0ANDR[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IFR[11]<>0ANDR[12]=0ANDR[13]<>0 ,CALL"KQ.PRG"//如果取料位置响应不为0、放料位置为0、设备号响应不为0则调用子程序“料仓取料”程序IFR[11]=0ANDR[12]<>0ANDR[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IFR[11]=0ANDR[12]<>0ANDR[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JJR[0]//关节运动到原点GOTOLBL[1]//跳转至标签1<end>3.1.2工业机器人车床取料放料程序编程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：<attr>VERSION:0GROUP:[0]<end>//绑定业务层及轴组<pos>//定义坐标变量，声明变量<end><program>//程序“车床取料”LR[42]=LR[R[10]+3]//定义车床取料精确点R[19]=0//等待车床安全门打开JJR[7]//关节运动到车床地轨点JJR[8]//关节运动到车床过渡点LLR[42]+LR[38]//直线运动到车床取料精确点X方向+200LLR[42]VEL=200//直线运动到车床取料精确点运动速度为200TIME=1000//等待1秒DO[2]=ONDO[3]=OFF//夹爪闭合夹取物料TIME=1000//等待1秒R[24]=3//寄存器R[23]为车床卡盘松开R[26]=0//等待车床卡盘信号为打开TIME=1000//等待1秒LLR[42]+LR[38]//直线运动到车床取料精确点的X方向+200JJR[8]//关节运动到车床过渡点JJR[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”<end>工业机器人车放程序：<attr>VERSION:0GROUP:[0]<end>//绑定业务层及轴组<pos>//定义坐标变量，声明变量<end><program>//程序“车床放料”LR[42]=LR[R[10]+3]//定义车床放料精确点R[19]=0//等待车床安全门打开R[26]=0//等待车床卡盘信号打开JJR[7]//关节运动到车床地轨点JJR[8]//关节运动到车床过渡点LLR[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200LLR[42]VEL=200//直线运动到车床放料精确点，运动速度为200TIME=1000//等待1秒R[24]=4//寄存器R[24]状态为车床卡盘夹紧R[26]=1//等待车床卡盘信号夹紧TIME=1000//等待1秒DO[2]=OFFDO[3]=ON//机器人夹爪使能关，夹爪松开TIME=1000//等待1秒LLR[42]+LR[38]//直线运动到车床放料精确点X方向+200JJR[8]//关节运动到车床过渡点JJR[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TIME=1000//等待1秒R[24]=7//寄存器R[24]状态为机床启动R[19]=1//等待车床安全门关闭R[24]=0//寄存器R[24]状态清零<end>3.1.3工业机器人CNC取料放料程序编程配合逻辑关系。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：<attr>VERSION:0GROUP:[0]<end>//绑定业务层及轴组<pos>//定义坐标变量，声明变量<end><program>//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R[27]=0//等待CNC卡盘信号打开R[20]=0//等待加工中心安全门打开JJR[9]//关节运动到加工中心地轨点JJR[10]//关节运动到加工中心过渡点1JJR[11]//关节运动到加工中心过渡点2LLR[42]+LR[37]//直线运动到加工中心取料精确点LLR[42]VEL=200//直线运动到加工中心取料精确点，运动速度为200TIME=1000//等待1秒DO[2]=ONDO[3]=OFF//机器人夹爪使能开（夹住物料）TIME=1000//等待1秒LLR[42]+LR[35]//直线运动到加工中心取料精确点Z方向+100TIME=1000//等待1秒JJR[11]//关节运动到加工中心过渡点2JJR[10]//关节运动到加工中心过渡点1JJR[9]//关节运动到加工中心地轨点R[24]=14//寄存器R[24]状态为加工中心取料完成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”<end>工业机器人加工中心放料：<attr>VERSION:0GROUP:[0]<end>//绑定业务层及轴组<pos>//定义坐标变量，声明变量<end><program>//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R[27]=0//等待CNC卡盘信号打开R[20]=0//等待加工中心安全门打开JJR[9]//关节运动到加工中心地轨点JJR[10]//关节运动到加工中心过渡点1JJR[11]//关节运动到加工中心过渡点2LLR[42]+LR[35]VEL=200//直线运动到加工中心放料精确点Z方向+100LLR[42]VEL=200//直线运动到加工中心放料精确点TIME=1000//等待1秒DO[2]=OFFDO[3]=ON//机器人夹爪使能关（放开物料）TIME=1000//等待1秒LLR[42]+LR[37]//直线运动到放料精确点Y方向-100TIME=1000//等待1秒R[24]=5//寄存器R[24]状态为加工中心夹具夹紧R[27]=1//等待CNC卡盘信号为夹紧JJR[11]//关节运动到加工中心过渡点2JJR[10]//关节运动到加工中心过渡点1JJR[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TIME=1000//等待1秒R[24]=7//机床启动R[20]=1//等待加工中心安全门关闭R[24]=0//寄存器R[24]状态清零<end>3.1.4工业机器人料仓取料放料程序编程所需的物料。详细编程思路及注解见程序。工业机器人料仓取料程序：<attr>VERSION:0GROUP:[0]<end>//绑定业务层及轴组<pos>//定义坐标变量，声明变量<end><program>//程序“料仓取料”CALL"DRFID.PRG"//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JJR[4]//关节运动到料仓及RFID地轨点JJR[5]//关节运动到料仓过渡点LLR[42]+LR[34]//直线运动到料仓取料精确点Y方向+200、Z方向+100LLR[42]+LR[33+R[10]]//直线运动到料仓取料接近点LLR[42]VEL=100//直线运动到料仓取料精确点TIME=1000//等待1秒DO[2]=ONDO[3]=OFF//机器人夹爪使能开（夹取物料）TIME=1000//等待1秒LLR[42]+LR[35]//直线运动到取料精确点Z方向+100LLR[42]+LR[34]//直线运动到取料精确点Z方向+100，Y方向+200JJR[5]//关节运动到料仓过渡点JJR[4]//关节运动到料仓及RFID地轨点IFR[13]=1 ,CALL"CF.PRG"//如果设备号响应为1则调用子程序“车床放料”IFR[13]=2 ,CALL"XF.PRG"//如果设备号响应为2则调用子程序“加工中心放料”<end>工业机器人料仓放料程序：<attr>VERSION:0GROUP:[0]<end>//绑定业务层及轴组<pos>//定义坐标变量，声明变量<end><program>//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JJR[4]//关节运动到料仓及RFID地轨点JJR[5]//关节运动到料仓过渡点LLR[42]+LR[34]//直线运动到放料精确点Y方向+200，Z方向+100LLR[42]+LR[35]//直线运动到放料精确点Z方向+100LLR[42]VEL=100//直线运动到放料精确点，运动速度为100TIME=1000//等待1秒DO[2]=OFFDO[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TIME=1000//等待1秒R[24]=0//寄存器R[24]状态清零LLR[42]+LR[33+R[10]]//直线运动到放料接近点LLR[42]+LR[34]//直线运动到放料精确点Y方向+200，Z方向+100JJR[5]//关节运动到料仓过渡点JJR[4]//关节运动到料仓及RFID地轨点CALL"XRFID.PRG"//调用子程序“写RFID”<end>3.1.5工业机器人RFID读写程序编程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器上我们需要对每个料仓的数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：<attr>VERSION:0GROUP:[0]<end>//绑定业务层及轴组<pos>//定义坐标变量，声明变量<end><program>//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]*R[29]+LR[41]*R[28]//计算RFID精确点JJR[4]//关节运动到料仓及RFID地轨点JJR[6]//关节运动到RFID过渡点LLR[42]+LR[33]//直线运动到RFID精确点Y方向+50LLR[42]VEL=100//直线运动到RFID精确点，运动速度为100R[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RFIDR[18]=1//等待RFID读取完成TIME=1000//等待1秒R[24]=0//寄存器R[24]清零R[14]=0//RFID位置清零LLR[42]+LR[33]//直线运动到RFID精确点Y方向+50JJR[6]//关节运动到RFID过渡点JJR[4]//关节运动到料仓及RFID地轨点<end>工业机器人写RFID程序：<attr>VERSION:0GROUP:[0]<end>//绑定业务层及轴组<pos>//定义坐标变量，声明变量<end><program>//程序“写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]*R[29]+LR[41]*R[28]//计算写RFID精确点JJR[4]//关节运动到料仓及RFID地轨点JJR[6]//关节运动到RFID过渡点LLR[42]+LR[33]//直线运动到写RFID精确点Y方向+50LLR[42]VEL=100//直线运动到写RFID精确点，运动速度为100R[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robot请求写RFIDR[18]=1//等待RFID写完成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LLR[42]+LR[33]//直线运动到写RFID精确点Y方向+50JJR[6]//关节运动到RFID过渡点JJR[4]//关节运动到料仓及RFID地轨点<end>3.1.6工业机器人取爪换爪程序编程类型也不相同，当我们机器人快换夹头上没有夹爪时我们需要调用取爪程序去取相应的夹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：<attr>VERSION:0GROUP:[0]<end>//绑定业务层及轴组<pos>//定义坐标变量，声明变量<end><program>//程序“取爪程序”DO[4]=OFFDO[5]=ON//机器人快换夹头使能关JJR[2]//关节运动到快换地轨点JJR[3]//关节运动到快换过渡点JLR[R[21]]+LR[35]//关节运动到机器人应取手爪位置Z方向+100LLR[R[21]]+LR[31]VEL=200//直线运动到机器人应取手爪位置Z运动速度为200LLR[R[21]]VEL=200//直线运动到机器人应取夹爪精确点，运动速度为200TIME=1000//等待1秒DO[4]=ONDO[5]=OFF//机器人快换夹头使能开TIME=1000//等待1秒LLR[R[21]]+LR[31]VEL=200//运动到当前夹爪Z方向+20，运动速度为200LLR[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200R[10]=R[21]//将机器人应取夹爪值赋予机器人当前夹爪JJR[3]//关节运动到快换过渡点JJR[2]//关节运动到快换地轨点DO[2]=OFFDO[3]=ON//机器人夹爪使能关夹爪张开<end>工业机器人换爪程序：<attr>VERSION:0PAGEPAGE20GROUP:[0]<end>//绑定业务层及轴组<pos>//定义坐标变量，声明变量<end><program>//程序“换爪程序”200100

JJR[2]//关节运动到快换地轨点JJR[3]//关节运动到快换过渡点LLR[R[10]]+LR[30]//直线运动到机器人当前夹爪精确点Z+20,X+150LLR[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LLR[R[10]]VEL=100//直线运动到当前夹爪精确点，运动速度为100TIME=1000//等待1秒DO[4]=OFFDO[5]=ON//机器人快换夹头使能关TIME=1000//等待1秒LLR[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<end>3.1.7工业机器人料仓盘点程序编程盘点。<attr>VERSION:0GROUP:[0]<end>//绑定业务层及轴组<pos>//定义坐标变量，声明变量<end><program>//程序“料仓盘点”R[90]=1//机器人运行状态为“忙”JJR[4]//关节运动到料仓及RFID地轨点JJR[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FORR[100]=0TO4//Z方向循环五次FORR[101]=0TO5//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LLR[42]+LR[33]//直线运动到RFID精确点Y方向+50LLR[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RFIDR[18]=1//等待RFID读写完成TIME=1000//等待1秒R[24]=0//寄存器R[24]状态清零R[14]=0//RFID位置清零LLR[42]+LR[33]//直线运动到RFID精确点Y方向+50R[41]=R[41]+1//寄存器R[41]每循环一次加一ENDFOR//结束Z方向循环ENDFOR//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JJR[6]//关节运动到RFID过渡点JJR[4]//关节运动到料仓及RFID地轨点R[24]=0//寄存器R[24]状态清零JJR[0]//关节运动到原点<end>3.2PLC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PLC担任着中央处理器的作用承担着对线PLC的形式呈现。附录一切削加工智能制造单元PLCIO地址分配信号表、附录二PLC机架和HMI硬件配置如图所示：图3.3PLC机架表3.2PLC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)1016ES7241-1CH32-0XB0CPU模块1215CDC/DC/DC16ES7215-1AG40-0XB00~1数字量模块DI16x24VDC/DQ16xRelay26ES7223-1PL32-0XB02~3数字量模块DI16x24VDC/DQ16xRelay36ES7223-1PL32-0XB04~5数字量模块DI16x24VDC46ES7221-1BH32-0XB08~9数字量模块DI16x24VDC56ES7221-1BH32-0XB010~11TP700精智面板6AV2124-0JC01-0AX03.2.1PLC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ModbusTCP通讯ModbusTCP通信是基于以太网传输的Modbus协议的一种实现方式。在ModbusTCP通信中，Modbus协议被封装在TCP/IP数据包中进行传输。ModbusTCP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，ModbusTCP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ModbusTCP通信中，设备通过IP地址和端口号进行通信。ModbusTCP通信协议Modbus等ModbusTCP通信支持更多的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，ModbusTCP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ModbusRTU，Modbus通信是基于串行通信的Modbus协议的一种实现方式。在Modbus通信中，Modbus协议被封装在串行数据包中进行传输。Modbus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ModbusTCP距离通信，并且不需要高速网络传输。在Modbus通信中，设备通过地址和端口号进行通信。Modbus通信协议定任务。与ModbusTCP等Modbus协议的其他实现方式相比，Modbus通信只支持16位寄存器地址。由于Modbus通信使用串行通信，因此它更易受到干扰和误差的影响。为了确保通信可靠性，需要采用一些错误检验和容错机制，例如CRC校验、奇偶校验等。总的来说，Modbus通信应用广泛，适用于工业自动化领域中较小规模的设备管因素对通信性能的影响。故用于RFID与PLC进行通讯。（3）PLC与机床通讯PLC与机床的通信是通过硬件的IO配置与接线来通信的，通过软件的信号配置与硬件映射来实现。需要配置的IO信号如表所示：表3.3IO信号配置名称类型地址名称类型地址车床已联机BoolI2.0车床联机请求信号BoolQ2.0车床卡盘有工件BoolI2.1车床启动信号BoolQ2.1车床在原点BoolI2.2车床响应信号BoolQ2.2车床运行中BoolI2.3车床安全门信号BoolQ2.3车床加工完成BoolI2.4车床卡盘夹紧控制信号BoolQ2.4车床卡盘张开状态BoolI2.5车床保持进给BoolQ2.5车床卡盘夹紧状态BoolI2.5车床吹气BoolQ2.6车床开门状态BoolI2.63.2.2PLC程序思路PLC在整个智能制造产线中主要起控制作用与信息交换，是MES上层软件、数控机进行决定着程序的设计该向哪个方向发展，PLC的程序设计也会紧紧的根据流程图的步骤向其他地方展开，具体的流程如图所示：图3.4PLC控制流程图由于篇幅原因，PLC程序在此不做详细介绍，相应程序将以附录四呈现。PAGEPAGE253.3CAXA计算机辅助制造数控加工编程错,很难校对，往往都采用自动编程。CAXA制造工程师具有实体曲面造型、模具设计、5轴数控铣削编程加工和丰富的数据接口等功能。因此,在目前国产的CAD/CAM软件中，CAXA制造工程师应用的比较广泛。基于CAXA软件自动编程的步骤，其主要步骤包括（1）根据零件图，对工件进行建加工方法和加工参数。（4）轨迹生成和仿真加工。（5）后置处理生成G代码。3.3.1车铣复合加工零件图绘制由于是针对车铣复合类零件加工的智能生产线，故我们零件图的绘制也是有要求的，图。3.3.2利用CAXACAM数控车软件绘制二维图并设置工序生成刀轨路径（1）二维造型根据零件图如附录五所示分析车工序应完成的部分将该部分在CAXA数控车软件里面绘制出车工序二维图。（2）数控加工方案设计

图3.5二维造型根据二维图判断我们先对利用外圆车刀对轮廓进行粗加工加工余量0.1mm，再对轮廓程如下图所示：图3.6车工序流程图图3.7轮廓车刀参数图3.8切槽车刀参数（3）根据零件加工要求进行工艺分析，选择加工方法和加工参数。由于本次加工毛坯用的是精毛坯，通过数控车床加工，相应的加工参数如下图所示车削粗加工加工参数如下图：图3.9车削粗加工参数车削精加工加工参数如下图：图3.10车削精加工参数车削槽加工加工参数如下图：图车削槽加工参数车削粗加工：

图3.12车削粗加工轨迹生成图3.13车削粗加工线框仿真车削精加工：PAGEPAGE30图3.14车削精加工轨迹生成图3.15车削精加工线框仿真车削槽加工：图3.16车削槽加工轨迹生成（2）后置处理生成G代码

图3.17车削槽加工线框仿真后置处理是将已经生成好的轨迹代码后置处理成机床所能识别的G择的系统为HUAZHONGhnc-818BM机床配置为数控车床_2x_XZ。车削粗加工G代码;

图3.18后置处理系统选择图3.19车粗加工G代码（由于代码过长只选取部分展示，详细代码放在附录）车削精加工G代码:图3.20车削精加工G代码（由于代码过长只选取部分展示，详细代码放在附录）车削槽加工G代码:图3.21车削槽加工G代码（由于代码过长只选取部分展示，详细代码放在附录）数控文件命名规则如下图:图3.22数控文件命名规则3.3.3利用CAXACAM制造工程师软件建模并设置工序生成刀轨路径（1）三维建模造型根据附录五零件图分析铣工序应完成的部分将该部分在CAXA制造工程师软件里面绘制出铣工序的三维建模图。（2）数控加工方案设计

图3.23三维建模造型根据三维建模判断我们先对利用立铣刀自适应平面粗加工对六边形部分进行加工再如下图所示数控加工流程如下图所示：图3.24铣工序流程图图3.25立铣刀参数图3.26倒角铣刀参数（3）根据零件加工要求进行工艺分析，选择加工方法和加工参数由于本次加工毛坯用的是精毛坯，通过数控车床加工，相应的加工参数如下图所示图3.27平面自适应粗加工参数图3.28铣圆孔加工参数图3.29倒斜角1加工参数图3.30倒斜角2加工参数（4）轨迹生成和仿真加工

图3.31自适应平面粗加工轨迹生成图3.32自适应平面粗加工实体仿真图3.33铣圆孔加工轨迹生成图3.34铣圆孔加工实体仿真PAGEPAGE40图3.35倒斜角1加工轨迹生成图3.36倒斜角1加工实体仿真图3.37倒斜角2加工轨迹生成图3.38倒斜角2加工实体仿真（5）后置处理生成G代码

图3.39总体加工仿真后置处理是将已经生成好的轨迹代码后置处理成机床所能识别的G择的系统为HUAZHONGhnc-818BM机床配置为铣加工中心_3X图3.40后置处理系统选型自适应平面粗加工G代码如下图所示：图3.41自适应平面粗加工G代码（由于代码过长只选取部分展示，详细代码放在附录）铣圆孔加工G代码如下图所示：图3.42铣圆孔加工G代码（由于代码过长只选取部分展示，详细代码放在附录）倒斜角1G代码如下图所示：图3.43倒斜角1G代码（由于代码过长只选取部分展示，详细代码放在附录）倒斜角2G代码图3.44倒斜角2G代码（由于代码过长只选取部分展示，详细代码放在附录）数控文件命名规则图3.45数控文件命名规则4车铣复合类零件加工智能产线控制流程图及联调仿真4.1车铣复合类零件加工智能产线控制流程图车铣复合类零件加工的智能生产线控制流程基本如下，但是工业机器人与系统与PLC、机床与PLC之间一直是有数据交流，使得MES系统中可以一直对产线进行监控，保证了产线状况的实时性，控制流程图如下图所示：图4.1车铣复合类零件加工的智能生产线控制流程图4.2车铣复合类零件加工智能制造产线联调仿真车铣复合类零件加工智能制造产线联调需要将相应的程序按命名规则对应相应的仓位号，将程序下载进MES系统，通过MES系统发送至PLC，PLC将程序通过外部IO下件搬运至料仓并进行写RFID。联调的整个运行过程将以视频形式呈现在附录七中，仿真结果如图所示：图4.2加工完成MES结果图5结 语本次毕业设计包含了工业机器人编程、PLC制造工系统应用以及智能产线数字孪生软件的产线搭建，并通过智能制造理实一自决策，自执行能力，对于真正的工业智能实现还有缺少自学习能力，切削加工智能产线具有高度的柔性化能力，解决了实际操作平台程序验证带来的安全问题，同时解决了工厂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。PAGEPAGE50参考文献[1]姜明.工业机器人技术在智能制造领域中的应用分析[J].现代工业经济和信息化,2022,12(09):122-124.[2]彭淑素.智能制造时代自动化技术在工业机器人中的应用研究[J].科技资讯,2022,20(18):60-62.[3]李嫄.智能制造中S7-1200PLC与工业机器人的ModbusTCP通信应用[J].新技术新工艺,2022(04):51-54.[4]孙洁,王兴楠,刘晓悦.MES与PLC实时通信系统研究[J].小型微型计算机系统,2020,41(01):128-131.[5]王晓波.CAXA制造工程师建模设计与数控加工[J].现代制造技术与装备,2021,57(11):175-177.[6]刘怀兰，孙海亮《智能制造生产线运营与维护》[M].机械工业出版社2020.[7]林森，晏致涛，王俊军，《制造执行系统MES的功