NC車床自動上下料系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

荊瑞紅

摘 要：為提高NC車床上下料效率，本文以數(shù)控車床控制系統(tǒng)為基礎，采用伺服控制、屏通控制、機械手控制系統(tǒng)對上下料系統(tǒng)進行開發(fā)，通過兩軸（[X]軸、[Z]軸）伺服單臂雙夾自動上下料機械手以及12站圓盤型供收料機實現(xiàn)自動供料、自動加工、自動卸料。

關鍵詞：自動上下料;機械手;伺服控制

中圖分類號：TH166文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2018）28-0053-03

Abstract： In order to improve the cutting efficiency of NC lathe， based on the control system of NC lathe， the upper and lower feeding system was developed by using servo control， screen control and manipulator control system. The automatic feeding and automatic feeding were realized by two axes （X axes， Z axes） servo single arm double clamping automatic feeding manipulator and 12 stations disc feeding and receiving machine.

Keywords： automatic loading and unloading;manipulator control;servo control

隨著國家2025計劃的推出，“中國制造”逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸袊窃臁?，企業(yè)制造系統(tǒng)的自動化程度也不斷提高。此外，隨著勞動力成本不斷提高，企業(yè)也急需實現(xiàn)智能化改造。隨著企業(yè)產(chǎn)量的增加和數(shù)控機床技術的發(fā)展，傳統(tǒng)的人工操作已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需求，急需進行智能制造。為了響應國家號召，本文針對某公司數(shù)控機床進行機床上下料系統(tǒng)的改造設計。

1 上下料系統(tǒng)的控制原理

NC車床上下料系統(tǒng)主要為數(shù)控車床加工服務，負責數(shù)控車床的上料、下料任務。該系統(tǒng)主要由兩軸伺服單臂雙夾自動上下料機械手、12站圓盤型供收料機和觸屏控制三部分組成[1]。觸屏控制發(fā)出指令，自動上下料機械手負責從12站圓盤型供料站運送原材料到NC車床，NC車床加工完畢后，再由機械手卸料，把成品再輸送到收料機。隨后，機械手再次供料給NC車床，不斷循環(huán)下去。機床上下料系統(tǒng)控制原理見圖1。

2 上下料系統(tǒng)的硬件部分

上下料系統(tǒng)為兩軸伺服驅(qū)動直角坐標、門型自動上下料系統(tǒng)，專為搭配NC車床加工使用。主要由兩軸伺服單臂雙夾自動上下料機械手、12站圓盤型供收料機和人機操作畫面組成。兩軸伺服單臂雙夾自動上下料機械手負責快速順暢地進行物料的供料與卸料，12站圓盤型供收料機負責備料和工件的存儲，人機操作畫面負責人性化的操作。

2.1 兩軸伺服單臂雙夾自動上下料機械手

兩軸伺服單臂雙夾自動上下料機械手（見圖2）主要由基座、伺服電機和機械夾爪等組成。基座采用量輕質(zhì)堅的鋁合金結構，沒有內(nèi)應力作用產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形的顧慮，保養(yǎng)容易，并以兩方向大跨距排列。精密線性滑軌作為機械臂運行導軌，[X]軸極速可達2m/s，[Z]軸達15m/s。伺服電機采用日本進口三菱低轉(zhuǎn)速、高扭矩電機，降低運轉(zhuǎn)聲音與摩擦發(fā)熱現(xiàn)象，穩(wěn)定運行質(zhì)量，再搭配三菱控制器與伺服驅(qū)動器;機械夾爪采用氣壓夾爪，依據(jù)工件形狀選用三爪圓形夾、兩爪平行夾，確保夾取牢靠。

兩軸伺服單臂雙夾自動上下料機械手可以夾取塊材、棒材兩種類型。機械手設備采用PCM-2500兩軸伺服驅(qū)動系統(tǒng)，伺服驅(qū)動為三菱控制系統(tǒng)[2]。機械手控制系統(tǒng)參數(shù)見表1。

2.2 12站圓盤型供收料機

12站圓盤型供收料機（見圖3）由料盤和伺服電機控制。料盤承載尺寸相同的工件或成品由4只定位螺絲固定并可以調(diào)整。盤面移動位置由高精度伺服電機控制，確保機械臂夾取位置準確。定點取料采用光電傳感器檢測控制。料盤可以承載?10～?70圓塊材、異型材、凸緣型材。

2.3 人機界面

人機界面（見圖4）擔負系統(tǒng)操控的通信重任，觸摸屏采用屏通PT070-10F機型，主要包括主目錄界面、操作面盤界面和手動操作界面[3]。主目錄界面主要包括時間設定、回歸原點、操作面盤界面、選內(nèi)外夾工件夾取方式和異常顯示等操作界面。

操作面盤畫面（見圖5）包括自動操作模式、手動操作模式、啟動按鈕及累積產(chǎn)量數(shù)顯示。

手動目錄畫面（見圖6）包括機械手手動、供料機手動、選擇吹氣和選擇校正站等按鈕。用于手動控制機械臂、供料機、吹氣的手動操作[4]。其中，機械手手動操作畫面（見圖7）比較復雜。該界面包括材料夾具開關選擇按鈕、成品夾具開關選擇按鈕、吹氣按鈕、參數(shù)顯示按鈕等。供料機手動操作畫面（見圖8）包括供料換站、材料的上升/下降、成品的輸送等。自動操作畫面（見圖9）主要是顯示伺服電機速率百分比、暫停和再啟動按鈕等。

3 PLC對上下料系統(tǒng)的控制

兩軸伺服單臂雙夾自動上下料機械手主要由三菱PLC FX3U-64MT控制，由三菱的伺服驅(qū)動器（MR-J2S-100A）控制伺服電機（HC-SFS-102K+10ML-CABL）實現(xiàn)機械手[X]軸與[Z]軸方向的運行。屏通的人機界面（PT070-10F）與PLC通信，實現(xiàn)觸屏控制[5]。電氣架構見圖10。

4 結語

通過對NC車床上下料系統(tǒng)的改造，實現(xiàn)了NC車床自動供料、卸料等功能，取代了人力，提高了生產(chǎn)效率。該系統(tǒng)將會對以后生產(chǎn)實踐起到一定的作用。

①機械手氣動夾具可以夾取塊材、棒材兩種類型。同時，氣動夾具具有準確、快捷的特點，從而提高加工效率。

②機械手上下料系統(tǒng)采用三菱伺服控制行程，準確控制加工位置。

③屏通控制使客戶可以根據(jù)自己的需求設置機械手的動作，合理調(diào)整各種參數(shù)，減少控制點的位置，從而提高上下料效率。

參考文獻：

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[3]陸寧，洪榮晶，謝杰.小型齒輪加工單元自動上下料系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].組合機床與自動化加工技術，2018（5）：14-17.

[4]劉保朝.一款工業(yè)機器人上下料系統(tǒng)的研究[J].航空精密制造技術，2018（2）：58-62.

[5]金燕，劉少軍.圓盤類零件加工自動上下料系統(tǒng)設計[J].機床與液壓，2018（16）：41-44.