陸晨芳,桑 晶,王 強,范世祥,許德琪

（南京機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇南京,211135）

0 前言

為提高銅管體專機的工作效率，設(shè)計開發(fā)一種與之相匹配的自動上下料機械手。該機械手可實現(xiàn)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(nèi)，最小直徑銅管體一次上下料時間控制在8s以內(nèi)。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(shè)計

根據(jù)銅管體專機自動上下料的動作要求，經(jīng)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(jié)構(gòu)，即一個手臂帶兩個手爪，手臂可實現(xiàn)上下運動和前后運動，手爪可實現(xiàn)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(cè)，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(guī)律如表1所示。

圖1 機械手動作流程圖

此方案的主要優(yōu)勢在于結(jié)構(gòu)簡單，所有運動均為直線運動?？紤]到料箱移動的定位精度問題，料箱由十字滑臺來驅(qū)動?？紤]到綜合成本問題，機械手各部分運動均由氣缸來實現(xiàn)。整個系統(tǒng)采用PLC作為主控制器。

2 機械手的機械結(jié)構(gòu)

上下料機械手系統(tǒng)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?？紤]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(qū)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(qū)動器（電機型號：MHMD082G1U、驅(qū)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(jù)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(jù)輸入輸出點個數(shù)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(jù)機械手和料箱的動作順序要求，PLC控制設(shè)計如下：當(dāng)按下復(fù)位按鈕時，所有元件回到初始原位，復(fù)位采用RST指令和ZRST指令。當(dāng)按下急停按鈕時，所有元件保持在當(dāng)前位置，直到按下啟動按鈕后，動作繼續(xù)。急停采用CJ P63指令。當(dāng)按下啟動按鈕后，系統(tǒng)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(shù)器計數(shù)，循環(huán)控制采用ZRST指令。

4 結(jié)論

該機械手結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠。在PLC的控制下，料箱能夠準(zhǔn)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(xiàn)上下料，大大提高了生產(chǎn)效率，節(jié)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(shù)有所不同，為方便地調(diào)節(jié)PLC程序中銅管體的行列數(shù)，可在此機械手基礎(chǔ)上配置觸摸屏。