基于PLC與數控機床聯合控制的氣動機械手

摘 要：本文主要對基于PLC與數控機床聯合控制的氣動機械手展開了相關的分析與探討，首先對其具體的結構與工作原理進行了簡要的介紹，進而針對其工作流程進行了詳細的分析，并最終就相應的控制系統設計開展了深入的研究。經過實踐運行的結果表明，此氣動機械手設備易于操控、運行可靠，具備有極強的系統擴展性。

關鍵詞：PLC；數控機床；聯合控制；氣動機械手

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.037

0 引言

在現代化的工業生產過程當中，自動化的生產線作業方式，業已成為工業生產的主要方式。氣動機械手設備將空氣作為工作介質，具有氣源應用便捷、污染程度低、便于靈活操作、操作性能強等顯著特征，因此在工業化的生產發展當中，得到了大范圍的普及應用。而數控機床具備有較高的自動程度、安全可靠等特點，已成為零件加工當中廣泛應用的設備內容之一。將氣動技術與數控技術結合起來，能夠顯著的提升工業化成產的自動化程度，加強系統操作，提高機械性能。

1 氣動機械手的結構與工作原理

（1）氣動機械手的結構。氣動機械手的整體結構如下圖1所示，主要是由鋁型材立柱、擺缸、升降氣缸、伸縮氣缸、氣爪等部分所組成。各部件的功能為擺缸：具有擺出與擺回開關，能夠實現對于氣動機械手在水平位置處的橫向移動。升降氣缸：具有上升與下降開關，能夠實現對于氣動機械手的垂直方向移動。伸縮氣缸：具有伸出與收回開關，能夠實現對于氣動機械手的伸出與收回。氣爪：具有夾緊與放松開關，能夠實現氣動機械手對于工件的夾緊或放松。

（2）氣動機械手的工作原理。在對氣動機械手同數控機床實行聯合控制的過程當中，常采用同一氣源。而氣動機械手通常 由擺缸、升降氣缸、伸縮氣缸、氣爪等四部分構成，而數控機床則一般是由氣動夾具所構成。升降氣缸與擺缸一般是通過雙電控三位五通閥來操控，對于擺缸的的擺動與升降氣缸的升降操作，一般是由電磁鐵來完成操控。而電控二位五通閥則主要控制著伸縮氣缸、氣爪以及氣動夾具等三部分內容。在電磁鐵通電之后，即可實施伸縮氣缸的伸出、機械手的抓握、氣動夾具夾緊等操作。電磁鐵斷電之后，能夠使得伸縮氣缸完成收回操作、機械手完成放下、氣動夾具進行放松等操作。借助于單向節流閥一方面能夠實現，對氣缸操作速度的提升，另一方面也能夠提高其操作的穩定性。

2 氣動機械手的工作流程

在自動化系統的生產作業過程當中，氣動機械手與數控機床協同合作，通常是由機械手將工件運送到生產線當中，從而開展進一步的施工作業。而此系統當中的機械手設備則完全采取氣動控制，數控機床借助于相應的數控系統來完成操作，兩者的協同合作是通過信號交互來實現的。

在這之中，氣動機械手的操作可劃分為手動操作、自動操作與聯機操作三類形式。采用手動操作的方式主要為按壓“啟動”按鈕，選取手動開關從而實現對于單次循環作業的完成。而自動操作方式則在按壓“啟動”按鈕后，選取自動開關，從而能夠實現氣動機械手的自動操作，可以自主重復工件搬運、取回并運送到傳輸帶之上等操作。而聯機操作，能夠實現對于傳輸帶、氣動機械手以及數控機床的共同協作。在按壓“啟動”，以及“聯機”按鈕之后，能夠實現對于工件的檢測、通過氣動機械手搬運至數控機床上、完成數控加工并在之后采用氣動機械手，再次運輸到傳輸帶之上等一系列操作。

由于氣動機械手所執行的動作行為，相對較為繁雜，實際的操作流程為：按壓“啟動”、“聯機”按鈕之后，等待檢測到工件到位之后，經過數控機床再將預先處理好的信號，發送至氣動機械手、伸縮氣缸、升降氣缸、氣爪完成通電時的操作，而后實行斷電操作再經由氣爪、升降氣缸、伸縮氣缸、氣動機械手、再次等待數控機床加工信號，如此循環往復，直至工件加工完成。在此過程當中，各個部件在進行工作操作之時，具體的切換應當由安裝于氣缸當中的開關控制來實現操控，而數控機床同氣動機械手兩者間的操作切換，則是依據互相發出的信號內容來實現操控。

3 控制系統設計

在控制系統的設計當中，首先針對輸入與輸出點數的分配情況，依據系統的功能需求來進行分配，在PLC與數控機床聯合控制的氣動機械手系統當中，采用S7-200系列，輸入點可設置為16點，輸出點設置為14點。在此控制系統當中傳輸帶工件到位開關，能夠為傳輸帶提供相應的工件檢測信號，而數控機床上料準備完成、下料準備完成以及氣動夾具的松緊開關，能夠給予數控機床的PLC系統操控信號。機械手原點有料、無料以及其返回原點信號，能夠為PLC系統的輸出系統，提供相應的操控信號。此氣動機械手的操控系統，其執行動作的順序極為關鍵，所實行的每一個操作步驟，都需要在前一步驟操作完成的基礎之上才能夠實行，因此要對系統的操控順序予以明確的設計，并且，氣動街寫手在待候取件之時，應當檢測相應的下料與夾具松緊信號，在確認無誤后方可進行下一步的操作。

4 結束語

在本文當中所提出的PLC與數控機床聯合控制的氣動機械手，工作原理較為簡便，能夠在操作系統當中滿足手動、自動以及聯機工作等操作方式。并且對于操作系統當中各類不同的動作內容，也具有明確的順序要求，僅需對操作系統程序進行簡易的修改，同時也可應用到同類機械手與數控機床聯合控制的操作過程當中，能夠較好的發揮出系統的靈活性特征。

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作者簡介：陳玉峰（1984-），男，江蘇如東人， 專科，工程師，研究方向：自動變光焊接面罩設計。