上下料机械手的PLC控制系统设计.docx

PAGE 1 PAGE 1 上下料机械手的PLC控制系统设计  文章介绍了某小型数控车床的自动上下料机械手的结构、工作原理、气压传动系统、驱动装置和掌握系统，依据数控车床和机械手的工作流程，采用S7-226PLC为掌握系统，编制了相应的程序，取得了较好的效果。  　　机械手，是一种模仿人手部分功能实现特定抓取、搬运或其他操作的自动化机械设备，可替代人的部分操作，以提高生产效率、降低劳动强度，目前已在各种数控机床上得到广泛应。本文针对某小型数控车床的工作流程及结构特点，设计一种上下料机械手，以提高数控车床工作效率。  1上下料机械手的结构及动作  　　该上下料机械手与数控车床的布局与加工过程，如图1所示。机械手的工作流程为：机械手由初始位置转向工件台，定位并抓取工件，而后机械手转向数控车床，将工件放置到三爪卡盘上进行加工。为实现上述功能，该上下料机械手在空间上需要实现5个自由度的位移，同时，为使定位精确，其空间位移方式将采用圆柱坐标方式。考虑到夹持的工件质量较小，机械手可采用气压传动方式。  图1机械手与数控车床加工布局  　　图2为本文所设计的机械手结构图，包括手爪、手臂、立柱及底盘。手臂包括横轴与竖轴，由标准气缸进行掌握以实现手臂的伸缩及在立柱上的升降。考虑到所夹持的工件为圆形零件且直径范围变化较大，机械手采用SMC的平行开闭型气动手爪实现夹紧动作，而回转动作的实现可采用SMC的标准回转式气缸，进行驱动可实现0°～180°回转。底座采用双作用薄型齿轮齿条式摇摆气缸驱动，可带动整个机械手实现顺、逆时针0°～270°的旋转。机械手通过单线圈双位置电磁阀掌握手爪的夹紧与放松，并通过接近开关限定位移机构的移动范围。  图2机械手结构图  2机械手驱动系统设计  　　该车床上下料机械手，将采用气动系统驱动，包括气动三联件、各种气缸、气源、气动系统掌握阀等，如图3所示。机械手的横轴水平运动X、竖轴垂直运动Y、底座旋转运动Z、手腕部摇摆R及手部夹持运动H分别由伸缩气缸、升降气缸、回转气缸、摇摆气缸及手指气缸实现。系统中，气动掌握元件采用SMC的标准产品，电磁阀则选采用SY系列。其中，回转气缸为三位五通电磁阀，转臂在中位等待时，气缸两腔与大气相通，以免重新启动时对机器形成冲击，其余掌握回路均采用两位五通电磁阀。每个气缸的两个气口均有单向节流阀以保证运行平稳。回转气缸的型号为CDRB1BW50-90D；手指气缸的型号为MHZ2-40D。摇摆气缸选用的型号为CDRB-20X-180S。伸缩、升降气缸的型号为CDQ2B20-15DM。 图3机械手气动驱动系统 　　①横轴的水平运动X、竖轴的垂直运动Y。机械手横轴的水平运动X由伸缩气缸掌握实现。当压缩气体由电磁阀V1.1进入伸缩气缸的无杆腔，迫使气缸伸出以实现机械手横轴的前伸运动；同理，若要实现机械手的收缩运动，则可将电磁阀V1.2打开，压缩气体进入到伸缩气缸的有杆腔，迫使气缸缩回实现机械手横轴的回缩运动。机械手竖轴的垂直运动Y由升降气缸及电磁阀V2.1、V2.2实现。打开电磁阀V2.2（V2.1），压缩气体进入升降气缸的有杆腔（无杆腔），则可实现气缸的降（升）运动。  　　②底座的旋转运动Z、手腕部的摇摆R。机械手横轴底座的旋转运动Z由回转气缸掌握实现。当压缩气体由电磁阀V3.1进入Z轴回转气缸0°侧则气缸回转以实现底座0°～90°范围内的旋转；同理，若要实现底座90°～0°的旋转，则可将电磁阀V3.2打开，压缩气体进入到回转气缸90°侧气缸即可。机械手手腕部的摇摆R由摇摆气缸及电磁阀V4实现。压缩气体进入摇摆气缸的0°（90°），则可实现气缸的旋转运动以带动加工工件的相应旋转。  　　③手部的夹持运动H。该动作由电磁阀V5及手指气缸掌握。压缩气由打开的电磁阀V5进入手指气缸的无杆腔则可迫使气缸夹紧从而实现手指对工件的夹紧;同理当电磁阀V1关闭，压缩气体进入手指气缸的有杆腔，则气缸松开加工工件。  文章介绍了某小型数控车床的自动上下料机械手的结构、工作原理、气压传动系统、驱动装置和掌握系统，依据数控车床和机械手的工作流程，采用S7-226PLC为掌握系统，编制了相应的程序，取得了较好的效果。  　　机械手，是一种模仿人手部分功能实现特定抓取、搬运或其他操作的自动化机械设备，可替代人的部分操作，以提高生产效率、降低劳动强度，目前已在各种数控机床上得到广泛应。本文针对某小型数控车床的工作流程及结构特点，设计一种上下料机械手，以提高数控车床工作效率。  1上下料机械手的结构及动作  　　该上下料机械手与数控车床的布局与加工过程，如图1所示。机械手的工作流程为：