摘 要：本文主要對(duì)基于PLC與數(shù)控機(jī)床聯(lián)合控制的氣動(dòng)機(jī)械手展開了相關(guān)的分析與探討，首先對(duì)其具體的結(jié)構(gòu)與工作原理進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，進(jìn)而針對(duì)其工作流程進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并最終就相應(yīng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開展了深入的研究。經(jīng)過實(shí)踐運(yùn)行的結(jié)果表明，此氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)備易于操控、運(yùn)行可靠，具備有極強(qiáng)的系統(tǒng)擴(kuò)展性。

關(guān)鍵詞：PLC；數(shù)控機(jī)床；聯(lián)合控制；氣動(dòng)機(jī)械手

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

0 引言

在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，自動(dòng)化的生產(chǎn)線作業(yè)方式，業(yè)已成為工業(yè)生產(chǎn)的主要方式。氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)備將空氣作為工作介質(zhì)，具有氣源應(yīng)用便捷、污染程度低、便于靈活操作、操作性能強(qiáng)等顯著特征，因此在工業(yè)化的生產(chǎn)發(fā)展當(dāng)中，得到了大范圍的普及應(yīng)用。而數(shù)控機(jī)床具備有較高的自動(dòng)程度、安全可靠等特點(diǎn)，已成為零件加工當(dāng)中廣泛應(yīng)用的設(shè)備內(nèi)容之一。將氣動(dòng)技術(shù)與數(shù)控技術(shù)結(jié)合起來，能夠顯著的提升工業(yè)化成產(chǎn)的自動(dòng)化程度，加強(qiáng)系統(tǒng)操作，提高機(jī)械性能。

1 氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)與工作原理

（1）氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)。氣動(dòng)機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)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(guān)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于氣動(dòng)機(jī)械手在水平位置處的橫向移動(dòng)。升降氣缸：具有上升與下降開關(guān)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于氣動(dòng)機(jī)械手的垂直方向移動(dòng)。伸縮氣缸：具有伸出與收回開關(guān)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于氣動(dòng)機(jī)械手的伸出與收回。氣爪：具有夾緊與放松開關(guān)，能夠?qū)崿F(xiàn)氣動(dòng)機(jī)械手對(duì)于工件的夾緊或放松。

（2）氣動(dòng)機(jī)械手的工作原理。在對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手同數(shù)控機(jī)床實(shí)行聯(lián)合控制的過程當(dāng)中，常采用同一氣源。而氣動(dòng)機(jī)械手通常 由擺缸、升降氣缸、伸縮氣缸、氣爪等四部分構(gòu)成，而數(shù)控機(jī)床則一般是由氣動(dòng)夾具所構(gòu)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(duì)于擺缸的的擺動(dòng)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(dòng)夾具等三部分內(nèi)容。在電磁鐵通電之后，即可實(shí)施伸縮氣缸的伸出、機(jī)械手的抓握、氣動(dòng)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(jī)械手完成放下、氣動(dòng)夾具進(jìn)行放松等操作。借助于單向節(jié)流閥一方面能夠?qū)崿F(xiàn)，對(duì)氣缸操作速度的提升，另一方面也能夠提高其操作的穩(wěn)定性。

2 氣動(dòng)機(jī)械手的工作流程

在自動(dòng)化系統(tǒng)的生產(chǎn)作業(yè)過程當(dāng)中，氣動(dòng)機(jī)械手與數(shù)控機(jī)床協(xié)同合作，通常是由機(jī)械手將工件運(yùn)送到生產(chǎn)線當(dāng)中，從而開展進(jìn)一步的施工作業(yè)。而此系統(tǒng)當(dāng)中的機(jī)械手設(shè)備則完全采取氣動(dòng)控制，數(shù)控機(jī)床借助于相應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)來完成操作，兩者的協(xié)同合作是通過信號(hào)交互來實(shí)現(xiàn)的。

在這之中，氣動(dòng)機(jī)械手的操作可劃分為手動(dòng)操作、自動(dòng)操作與聯(lián)機(jī)操作三類形式。采用手動(dòng)操作的方式主要為按壓“啟動(dòng)”按鈕，選取手動(dòng)開關(guān)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于單次循環(huán)作業(yè)的完成。而自動(dòng)操作方式則在按壓“啟動(dòng)”按鈕后，選取自動(dòng)開關(guān)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)氣動(dòng)機(jī)械手的自動(dòng)操作，可以自主重復(fù)工件搬運(yùn)、取回并運(yùn)送到傳輸帶之上等操作。而聯(lián)機(jī)操作，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于傳輸帶、氣動(dòng)機(jī)械手以及數(shù)控機(jī)床的共同協(xié)作。在按壓“啟動(dòng)”，以及“聯(lián)機(jī)”按鈕之后，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于工件的檢測(cè)、通過氣動(dòng)機(jī)械手搬運(yùn)至數(shù)控機(jī)床上、完成數(shù)控加工并在之后采用氣動(dòng)機(jī)械手，再次運(yùn)輸?shù)絺鬏攷е系纫幌盗胁僮鳌?/p>

由于氣動(dòng)機(jī)械手所執(zhí)行的動(dòng)作行為，相對(duì)較為繁雜，實(shí)際的操作流程為：按壓“啟動(dòng)”、“聯(lián)機(jī)”按鈕之后，等待檢測(cè)到工件到位之后，經(jīng)過數(shù)控機(jī)床再將預(yù)先處理好的信號(hào)，發(fā)送至氣動(dòng)機(jī)械手、伸縮氣缸、升降氣缸、氣爪完成通電時(shí)的操作，而后實(shí)行斷電操作再經(jīng)由氣爪、升降氣缸、伸縮氣缸、氣動(dòng)機(jī)械手、再次等待數(shù)控機(jī)床加工信號(hào)，如此循環(huán)往復(fù)，直至工件加工完成。在此過程當(dāng)中，各個(gè)部件在進(jìn)行工作操作之時(shí)，具體的切換應(yīng)當(dāng)由安裝于氣缸當(dāng)中的開關(guān)控制來實(shí)現(xiàn)操控，而數(shù)控機(jī)床同氣動(dòng)機(jī)械手兩者間的操作切換，則是依據(jù)互相發(fā)出的信號(hào)內(nèi)容來實(shí)現(xiàn)操控。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，首先針對(duì)輸入與輸出點(diǎn)數(shù)的分配情況，依據(jù)系統(tǒng)的功能需求來進(jìn)行分配，在PLC與數(shù)控機(jī)床聯(lián)合控制的氣動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)當(dāng)中，采用S7-200系列，輸入點(diǎn)可設(shè)置為16點(diǎn)，輸出點(diǎn)設(shè)置為14點(diǎn)。在此控制系統(tǒng)當(dāng)中傳輸帶工件到位開關(guān)，能夠?yàn)閭鬏攷峁┫鄳?yīng)的工件檢測(cè)信號(hào)，而數(shù)控機(jī)床上料準(zhǔn)備完成、下料準(zhǔn)備完成以及氣動(dòng)夾具的松緊開關(guān)，能夠給予數(shù)控機(jī)床的PLC系統(tǒng)操控信號(hào)。機(jī)械手原點(diǎn)有料、無料以及其返回原點(diǎn)信號(hào)，能夠?yàn)镻LC系統(tǒng)的輸出系統(tǒng)，提供相應(yīng)的操控信號(hào)。此氣動(dòng)機(jī)械手的操控系統(tǒng)，其執(zhí)行動(dòng)作的順序極為關(guān)鍵，所實(shí)行的每一個(gè)操作步驟，都需要在前一步驟操作完成的基礎(chǔ)之上才能夠?qū)嵭?，因此要?duì)系統(tǒng)的操控順序予以明確的設(shè)計(jì)，并且，氣動(dòng)街寫手在待候取件之時(shí)，應(yīng)當(dāng)檢測(cè)相應(yīng)的下料與夾具松緊信號(hào)，在確認(rèn)無誤后方可進(jìn)行下一步的操作。

4 結(jié)束語

在本文當(dāng)中所提出的PLC與數(shù)控機(jī)床聯(lián)合控制的氣動(dòng)機(jī)械手，工作原理較為簡(jiǎn)便，能夠在操作系統(tǒng)當(dāng)中滿足手動(dòng)、自動(dòng)以及聯(lián)機(jī)工作等操作方式。并且對(duì)于操作系統(tǒng)當(dāng)中各類不同的動(dòng)作內(nèi)容，也具有明確的順序要求，僅需對(duì)操作系統(tǒng)程序進(jìn)行簡(jiǎn)易的修改，同時(shí)也可應(yīng)用到同類機(jī)械手與數(shù)控機(jī)床聯(lián)合控制的操作過程當(dāng)中，能夠較好的發(fā)揮出系統(tǒng)的靈活性特征。

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作者簡(jiǎn)介：陳玉峰（1984-），男，江蘇如東人， ?？疲こ處?，研究方向：自動(dòng)變光焊接面罩設(shè)計(jì)。