数控车床的上下料机械手臂的研究

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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

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摘要：

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...

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