数控车床的上下料机械手臂的研究和探讨
数控车床的上下料机械手臂的研究和探讨
摘要：本文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
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，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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数控车床的上下料机械手臂的研究和探讨 摘要：本文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...
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作者：闻远设计
分类：非标机械电气自动化
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