数控车床的上下料机械手臂的研究
摘要: 以数控车床的上下料机械手臂为研究对象, 采用可编程控制器 (PLC ) 对其气压
的驱动装置进行电气控制, 实现了系统的智能化和柔性化。对系统的工作原理及机械结构、气
压驱动和 PLC 控制方案等方面进行了较为详尽的论述。
关键词 :自动化上下装料; PLC; 气压系统;
随着现代工业自动化的发展, 出现了各种数控加工中心, 它在减轻工人劳动强度的同时, 大
大提高了劳动生产率。但以往数控加工中常见的上下料工序, 通常仍采用人工操作或传统继电
器控制的半自动化装置。前者费时费工, 效率比较低;后者因设计复杂, 需较多继电器, 接
线繁杂, 易受车体振动干扰, 而存在可靠性差、故障多、维修困难等问题。为解决这些问
题, 我们研究开发了一套采用可编程序控制器 PLC 控制的装料机械控制系统。该系统动作简
单可靠、线路设计实用合理、具有极强的抗干扰能力, 保证了系统运行的可靠性, 降低了维
修率, 并提高了工作效率。
一、系统工作原理
如图 1 所示, 本系统的上下料机械手采用料斗, 搬运和上下料组件的整体结构, 这种料斗可
通过调节通道尺寸变动料件的规格, 具有结构紧凑、运动平稳准确的特点, 可以方便地实现
无级调速。本设备抓取工件质量可达 1kg, 工作范围为横向 1m、纵向 0.9m, 并且可以调节距离
范围。
系统开机启动时, 先进行自检, 若机器正常, 则机械手处于待料位置, 泵站电机处于卸荷状
→态。当加工开始信号传来时, 机械手臂开始动作, 其具体行动过程如下:原始位置 机械臂
→ → → 伸出 开关发出料到位信号 真空吸盘松开 (放料) 尾架合拢 (同时卡盘夹紧工件, 机床
→ → → → →开始加工) 托爪退出 送料架升起托爪复位 加工结束(主轴动力脱开, 刹车进入)
→ → → →机械手进入取工件 机械手真空吸盘吸住工件 尾架刹车退出 机械手将工件拔出 机械手将
→ → → 工件取出 机械手把工件搬运到下一工位 机械手真空吸盘松开工件 机械手复位, 系统原位
卸荷。[1]
二、系统结构组成
机械手的整个系统主要由控制系统、驱动系统和执行系统三部分组成。
控制系统主要包括:位置检测装置、可编程控制器、主控柜及主控面板(状态显示和操作按
钮). 驱动系统采用全气压驱动, 该系统可以实现机械上下料的自动运行、手动调节, 同时保
证了整机动作迅速、平稳, 特别是满足了机械手的动作位置精度、需承受大负载强度及运动性
能等方面的特殊要求。
执行系统由升降机构、回转机构、手臂伸缩机构、吸盘夹持机构、定位机构等组成, 整体为摆
动关节结构。与传统的上下料机械手不同的是:该系统采用了具有两个夹持结构的手臂设计,
一个负责上料, 一个负责下料 (图 1 ), 在其中一夹持机构卸料后, 另一夹持机构搬运工件至
下一个工位, 在上下料之间机械手臂往返各一次,与传统的往返各两次比较, 更加节省时
间, 效率更高。
三、系统软硬件的设计
整个机械手的控制, 是通过向系统提供符合要求的开关信号来实现的。具体地讲,就是按机
械手的动作要求,PLC 通过信号采集、控制气压系统的电磁换向阀的通断电, 实现装置的自
动或手动上下料。系统的硬件主要由机械本体、气压驱动系统、PLC 控制系统组成,软件系
统主要通过 PLC 的编程实现。
(一) 气压驱动系统