基于PLC與數(shù)控機(jī)床聯(lián)合控制的氣動機(jī)械手

摘 要：本文主要對基于PLC與數(shù)控機(jī)床聯(lián)合控制的氣動機(jī)械手展開了相關(guān)的分析與探討，首先對其具體的結(jié)構(gòu)與工作原理進(jìn)行了簡要的介紹，進(jìn)而針對其工作流程進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并最終就相應(yīng)的控制系統(tǒng)設(shè)計開展了深入的研究。經(jīng)過實踐運行的結(jié)果表明，此氣動機(jī)械手設(shè)備易于操控、運行可靠，具備有極強的系統(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程度、安全可靠等特點，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)的自動化程度，加強系統(tǒng)操作，提高機(jī)械性能。

1 氣動機(jī)械手的結(jié)構(gòu)與工作原理

（1）氣動機(jī)械手的結(jié)構(gòu)。氣動機(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)對于氣動機(jī)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(guān)，能夠?qū)崿F(xiàn)對于氣動機(jī)械手的垂直方向移動。伸縮氣缸：具有伸出與收回開關(guān)，能夠?qū)崿F(xiàn)對于氣動機(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)氣動機(jī)械手對于工件的夾緊或放松。

（2）氣動機(jī)械手的工作原理。在對氣動機(jī)械手同數(shù)控機(jī)床實行聯(lián)合控制的過程當(dāng)中，常采用同一氣源。而氣動機(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(nèi)容。在電磁鐵通電之后，即可實施伸縮氣缸的伸出、機(jī)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(jī)械手完成放下、氣動夾具進(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 氣動機(jī)械手的工作流程

在自動化系統(tǒng)的生產(chǎn)作業(yè)過程當(dāng)中，氣動機(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)同合作是通過信號交互來實現(xiàn)的。

在這之中，氣動機(jī)械手的操作可劃分為手動操作、自動操作與聯(lián)機(jī)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(guān)從而實現(xiàn)對于單次循環(huán)作業(yè)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(guān)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)氣動機(jī)械手的自動操作，可以自主重復(fù)工件搬運、取回并運送到傳輸帶之上等操作。而聯(lián)機(jī)操作，能夠?qū)崿F(xiàn)對于傳輸帶、氣動機(jī)械手以及數(shù)控機(jī)床的共同協(xié)作。在按壓“啟動”，以及“聯(lián)機(jī)”按鈕之后，能夠?qū)崿F(xiàn)對于工件的檢測、通過氣動機(jī)械手搬運至數(shù)控機(jī)床上、完成數(shù)控加工并在之后采用氣動機(jī)械手，再次運輸?shù)絺鬏攷е系纫幌盗胁僮鳌?/p>

由于氣動機(jī)械手所執(zhí)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(lián)機(jī)”按鈕之后，等待檢測到工件到位之后，經(jīng)過數(shù)控機(jī)床再將預(yù)先處理好的信號，發(fā)送至氣動機(jī)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(jīng)由氣爪、升降氣缸、伸縮氣缸、氣動機(jī)械手、再次等待數(shù)控機(jī)床加工信號，如此循環(huán)往復(fù)，直至工件加工完成。在此過程當(dāng)中，各個部件在進(jìn)行工作操作之時，具體的切換應(yīng)當(dāng)由安裝于氣缸當(dāng)中的開關(guān)控制來實現(xiàn)操控，而數(shù)控機(jī)床同氣動機(jī)械手兩者間的操作切換，則是依據(jù)互相發(fā)出的信號內(nèi)容來實現(xiàn)操控。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計

在控制系統(tǒng)的設(shè)計當(dāng)中，首先針對輸入與輸出點數(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)合控制的氣動機(jī)械手系統(tǒng)當(dāng)中，采用S7-200系列，輸入點可設(shè)置為16點，輸出點設(shè)置為14點。在此控制系統(tǒng)當(dāng)中傳輸帶工件到位開關(guān)，能夠為傳輸帶提供相應(yīng)的工件檢測信號，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。機(jī)械手原點有料、無料以及其返回原點信號，能夠為PLC系統(tǒng)的輸出系統(tǒng)，提供相應(yīng)的操控信號。此氣動機(jī)械手的操控系統(tǒng)，其執(zhí)行動作的順序極為關(guān)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(chǔ)之上才能夠?qū)嵭?，因此要對系統(tǒng)的操控順序予以明確的設(shè)計，并且，氣動街寫手在待候取件之時，應(yīng)當(dāng)檢測相應(yīng)的下料與夾具松緊信號，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)合控制的氣動機(jī)械手，工作原理較為簡便，能夠在操作系統(tǒng)當(dāng)中滿足手動、自動以及聯(lián)機(jī)工作等操作方式。并且對于操作系統(tǒng)當(dāng)中各類不同的動作內(nèi)容，也具有明確的順序要求，僅需對操作系統(tǒng)程序進(jìn)行簡易的修改，同時也可應(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。

參考文獻(xiàn)：

[1]李大慶.基于PLC的數(shù)控機(jī)床故障診斷[J].煤礦機(jī)械，2015（11）.

[2]陳興武，蔣新華，徐均攀等.應(yīng)用軟PLC開發(fā)數(shù)控機(jī)床的功能控制[J].廈門大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2014（05）.

[3]劉瑞已.可編程序控制器（PLC）在數(shù)控機(jī)床（CNC）中的應(yīng)用[J].組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2012（12）.

[4]孔德紅.數(shù)控機(jī)床典型控制功能PLC編制模板研究[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2015（06）.

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(shè)計。