車床自動上下料機械手臂自動化改造電控方案設計

金春鳳+吳璟

摘 要：文章設計了一套基于PLC的監(jiān)控系統(tǒng)，對車床控制系統(tǒng)進行技術改造。該監(jiān)控系統(tǒng)由三菱FX3U系列PLC、工控機和組態(tài)軟件構(gòu)成。運用機械手通過PLC編程實現(xiàn)對機床上下料的自動控制、聯(lián)鎖保護、運行組態(tài)軟件，設計了具有良好的人機接口功能的監(jiān)控畫面，實現(xiàn)過程信息的集中顯示和處理。目前，改造后的設備運行良好，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，為企業(yè)節(jié)約了大量成本。

關鍵詞：PLC；技術改造；監(jiān)控系統(tǒng)；組態(tài)軟件

1 預期達到功能

（1）首先機械手臂在待料區(qū)自動抓取工件后上移及橫移至指定位置待命。

（2）當數(shù)控車床內(nèi)部零件被加工完成后，安全門被自動開啟，并觸及啟動手臂開關。

（3）機械手臂下降至主軸夾頭前端夾緊零件后并自動旋轉(zhuǎn)180度，將另一待加工零件放入主軸夾頭內(nèi)，接著機械手臂上升到指定安全高度，數(shù)控車床的安全門自動關閉，并自動執(zhí)行車削加工指令。

（4）在機床加工的同時機械手臂反向橫移及下降到待料區(qū)，放下被加工好的零件并抓取另一個待加工零件后快速上移且橫移至安全門上方指定位置。如此循環(huán)，直至下達中斷指令或零件加工完畢。

2 設備總體方案說明

如圖1所示，整個系統(tǒng)由數(shù)控車床、上料機器人（兩軸）、上料區(qū)、下料暫存箱、電控系統(tǒng)等組成。其中，數(shù)控車床為現(xiàn)有的加工設備，系統(tǒng)方案不涉及本部分，且數(shù)控車床的自動開關門機構(gòu)為數(shù)控車床原有功能，本系統(tǒng)只對其進行相關的信號控制，本系統(tǒng)不對數(shù)控車床進行機構(gòu)的改造。機器人主要由X軸、Z軸以及抓取機構(gòu)組成，其中根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)資料，選定X軸的行程為1800mm，采用同步帶與直線導軌（CPC品牌）的配合，伺服電機采用400W伺服電機（臺達），Z軸的行程為1200mm采用滾珠絲杠與直線導軌（CPC品牌）的配合，伺服電機采用200W帶抱閘伺服電機（臺達），抓取機構(gòu)采用JRT（韓國）氣爪與亞德客的擺缸配合完成產(chǎn)品的取放工作。

3 電控系統(tǒng)及安全要求

系統(tǒng)所有組件設備采用整線控制模式控制，即一處出問題，整線處于受控狀態(tài)。

（1）設備操作體設有可靠的漏電保護裝置（一旦漏電將自動切斷電源），電氣控制柜設在最容易操作的中間位置。

（2）控制面板上設置狀態(tài)指示燈，對設備運行狀態(tài)、異常報警進行一一對應的指示，并設有報警解除按鈕。

4 PLC選型

4.1 確定系統(tǒng)所需的輸入點

根據(jù)控制要求，程序需要如下21個輸入點。（如表1）

4.2 確定系統(tǒng)所需的輸出點

根據(jù)控制要求，程序需要如下23個輸出點。（如表2）

4.3 選擇PLC

根據(jù)以上分析可以得知輸入輸出點需要大于44，由于整體式PLC具有體積小和價格便宜等優(yōu)點，適合工藝過程比較穩(wěn)定、控制要求比較簡單的系統(tǒng)，經(jīng)綜合分析后，選擇了可以滿足所需條件的FX3U-48MT型號的PLC。

5 PLC接線圖

6 結(jié)束語

經(jīng)過改造后，該設備經(jīng)過半年多的運行，不僅操作比原來便捷簡單，而且處于良好的運行狀態(tài)，定位準確，工作可靠，在量產(chǎn)時能實現(xiàn)連續(xù)自動生產(chǎn)，減少人力成本。設備電控系統(tǒng)的可靠性得到了提升，平均無故障工作的時間大大提高，設備的維護也變得方便、簡單，費用低。設備的各項性能完全滿足生產(chǎn)要求。通過使用證明此項改造是一項投資少，見效快的改造方案，為企業(yè)節(jié)約了大量成本。

參考文獻

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作者簡介：金春鳳（1974，01-），女，漢族，江西省新建縣人，昆山登云科技職業(yè)學院講師、工程師，研究方向：機械自動化。