一、方案背景
考慮到工業(yè)機(jī)器人普遍具備6個(gè)自由度，在笛卡爾空間中能輕松實(shí)現(xiàn)X,Y,Z,A,B,C 六維剛體運(yùn)動(dòng)，所以若把工業(yè)機(jī)器人變身為數(shù)控機(jī)床，能擴(kuò)大加工范圍，實(shí)現(xiàn)車銑、車削、車磨、銑削等復(fù)合機(jī)加工應(yīng)用，是業(yè)內(nèi)的一個(gè)共通理想。
現(xiàn)實(shí)情況是工業(yè)機(jī)器人的軌跡精度不夠高，以KUKA Quantec系列機(jī)器人為例，其軌跡絕對(duì)精度在1mm量級(jí)，而數(shù)控機(jī)床普遍加工精度量級(jí)≤1絲(0.01mm）。所以把工業(yè)機(jī)器人用于機(jī)加工仍存在諸多難點(diǎn)及痛點(diǎn)。
在某些精度要求不是特別高的打磨、拋光、去毛刺等預(yù)加工處理，以及某些非金屬材質(zhì)的銑削加工如木材、塑件、3D打印件等，應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人來替代數(shù)據(jù)機(jī)床完成機(jī)加工已經(jīng)變成了一個(gè)研究熱點(diǎn)。
二、德國模式
德國有一家公司叫西門子公司，西門子PLC、數(shù)控系統(tǒng)全球知名；還有一家公司叫庫卡機(jī)器人公司，其工業(yè)機(jī)器人比較知名（被美的收購后知名度提升）。
庫卡機(jī)器人采用的永磁同步伺服電機(jī)是由德國西門子提供的專用型號(hào)。
庫卡機(jī)器人在被美的全資收購之前，德國政府監(jiān)管層尋求西門子公司并購庫卡機(jī)器人以防止德國技術(shù)被中資掌握，但西門子公司不為所動(dòng)，一是有些看不上產(chǎn)品利潤較低的庫卡機(jī)器人，二是如果西門子也要造工業(yè)機(jī)器人的話，以其技術(shù)實(shí)力，那是輕而易舉之事。
2015年筆者參加KUKA德國總部培訓(xùn)，由德國工程師做的“西門子數(shù)控系統(tǒng)與庫卡機(jī)器人融合”的專題報(bào)告：西門子數(shù)控系統(tǒng)多軸運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)完全可以替代庫卡機(jī)器人控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人6個(gè)關(guān)節(jié)伺服軸的聯(lián)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)銑削等多種復(fù)合機(jī)加工應(yīng)用。
三、解決方案
（1）軟件：
KUKA.CNC SINUMERIK:
由KUKA機(jī)器人提供的工藝軟件包，用于連接西門子840D sl數(shù)控系統(tǒng)與KUKA KRC4機(jī)器人控制柜。
KUKA.CNC工作原理
由數(shù)控系統(tǒng)做主站，機(jī)器人做從站；
G代碼中的運(yùn)動(dòng)指令由機(jī)器人執(zhí)行；
路徑規(guī)劃在SINUMERIK中執(zhí)行；
工業(yè)機(jī)器人僅作為機(jī)加工工具。
（2）硬件：
西門子840D SINUMERIK
作為上位機(jī)控制器，負(fù)責(zé)路徑規(guī)劃、指令發(fā)送。
KUKA KRC4控制柜：
作為從站控制器，負(fù)責(zé)接收、執(zhí)行主站指令。
西門子ET200S模塊：
高速通訊版，用于總線數(shù)據(jù)交換。
（3）通訊：
須安裝KUKA.ProfiNet/ProfiSafe軟件包，以支持PROFINET(PROFISAFE)通訊，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖所示：
