NC車床自動上下料系統的設計與實現

荊瑞紅

摘 要：為提高NC車床上下料效率，本文以數控車床控制系統為基礎，采用伺服控制、屏通控制、機械手控制系統對上下料系統進行開發，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”逐漸轉變為“中國智造”，企業制造系統的自動化程度也不斷提高。此外，隨著勞動力成本不斷提高，企業也急需實現智能化改造。隨著企業產量的增加和數控機床技術的發展，傳統的人工操作已經不能滿足生產需求，急需進行智能制造。為了響應國家號召，本文針對某公司數控機床進行機床上下料系統的改造設計。

1 上下料系統的控制原理

NC車床上下料系統主要為數控車床加工服務，負責數控車床的上料、下料任務。該系統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，不斷循環下去。機床上下料系統控制原理見圖1。

2 上下料系統的硬件部分

上下料系統為兩軸伺服驅動直角坐標、門型自動上下料系統，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?；捎昧枯p質堅的鋁合金結構，沒有內應力作用產生扭轉變形的顧慮，保養容易，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速、高扭矩電機，降低運轉聲音與摩擦發熱現象，穩定運行質量，再搭配三菱控制器與伺服驅動器;機械夾爪采用氣壓夾爪，依據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-2500兩軸伺服驅動系統，伺服驅動為三菱控制系統[2]。機械手控制系統參數見表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、啟動按鈕及累積產量數顯示。

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，由三菱的伺服驅動器（MR-J2S-100A）控制伺服電機（HC-SFS-102K+10ML-CABL）實現機械手[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車床上下料系統的改造，實現了NC車床自動供料、卸料等功能，取代了人力，提高了生產效率。該系統將會對以后生產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自己的需求設置機械手的動作，合理調整各種參數，減少控制點的位置，從而提高上下料效率。

參考文獻：

[1]甘愛芬.機床上下料的自動化改造[J].機電工程技術，2018（7）：87-89.

[2]李東亞.基于發那科數控系統的四自由度自動上下料系統設計[J].機床與液壓，2018（11）：75-78.

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

[4]劉保朝.一款工業機器人上下料系統的研究[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設計[J].機床與液壓，2018（16）：41-44.