銅管體專機自動上下料機械手研究與開發

陸晨芳,桑 晶,王 強,范世祥,許德琪

（南京機電職業技術學院,江蘇南京,211135）

0 前言

為提高銅管體專機的工作效率，設計開發一種與之相匹配的自動上下料機械手。該機械手可實現將毛坯從料箱搬運到機床工位、將成品從機床工位搬運到料箱的功能。搬運對象為圓柱形的空心銅管體，最大直徑45mm，最小直徑20mm。要求最大直徑銅管體一次上下料時間控制在15s以內，最小直徑銅管體一次上下料時間控制在8s以內。料箱尺寸370mm*370mm，銅管體在料箱中行列整齊排列。

1 機械手總體方案設計

根據銅管體專機自動上下料的動作要求，經過多種方案的討論和比較，該機械手最終采用單臂雙爪直線式結構，即一個手臂帶兩個手爪，手臂可實現上下運動和前后運動，手爪可實現上下運動和擴閉運動，兩手爪可左右切換。料箱放置于機床前方，機械手放置于料箱左側，毛坯和成品放于同一個料箱。手爪抓取點固定，料箱移動。機械手具體工作流程如圖1所示，料箱具體移動規律如表1所示。

圖1 機械手動作流程圖

此方案的主要優勢在于結構簡單，所有運動均為直線運動。考慮到料箱移動的定位精度問題，料箱由十字滑臺來驅動。考慮到綜合成本問題，機械手各部分運動均由氣缸來實現。整個系統采用PLC作為主控制器。

2 機械手的機械結構

上下料機械手系統主要由兩部分組成：機械手部分和料箱部分。

機械手部分主要包括底座、立柱、A爪擴閉氣缸、B爪擴閉氣缸、A爪升降氣缸、B爪升降氣缸、手爪切換氣缸、手臂升降氣缸、手臂進退氣缸和連接件。底座用于將立柱固定于銅管體專機，立柱用于支撐整個機械手，A爪用于抓取放置毛坯，B爪用于抓取放置成品。考慮到機床工位較高，料箱位置較低這一情況，手臂進退氣缸采取傾斜放置的布局，其三維立體圖如圖2所示。

圖2 機械手部分三維立體圖

料箱部分主要包括料箱、支撐板、十字滑臺、伺服電機、伺服驅動器，其三維立體圖如圖3所示。支撐板上可放置兩個料箱，便于工人裝卸。十字滑臺采用X-Y軸絲桿滑臺，電機采用松下伺服750W含脈沖型驅動器（電機型號：MHMD082G1U、驅動器型號：MCDHT3520E）。

圖3 料箱部分三維立體圖

圖4

3 機械手的電氣控制

根據PLC的動作控制要求，需要輸入端子19個，具體為：按鈕3個、氣缸到位信號10個、十字滑臺零點信號2個、限位信號4個。需要輸出端子15個，具體為：氣缸控制繼電器8個、十字滑臺方向信號4個、使能信號2個、備用1個。其輸入輸出地址表如表2所示。根據輸入輸出點個數及PLC容量，選取三菱FX3U-64MT型PLC作為主控制器，其接線圖如圖4所示。

表2 PLC輸入輸出地址表

根據機械手和料箱的動作順序要求，PLC控制設計如下：當按下復位按鈕時，所有元件回到初始原位，復位采用RST指令和ZRST指令。當按下急停按鈕時，所有元件保持在當前位置，直到按下啟動按鈕后，動作繼續。急停采用CJ P63指令。當按下啟動按鈕后，系統開始啟動動作，其中機械手動作采用步進指令控制，料箱移動采用計數器計數，循環控制采用ZRST指令。

4 結論

該機械手結構簡單、性能可靠。在PLC的控制下，料箱能夠準確定位，機械手能夠快速搬運毛坯和成品。配備此機械手的銅管體專機可自動實現上下料，大大提高了生產效率，節約了人力成本。銅管體料箱尺寸一定，但最大直徑銅管體和最小直徑銅管體的行列數有所不同，為方便地調節PLC程序中銅管體的行列數，可在此機械手基礎上配置觸摸屏。