HM-001数控车床自动上下料装置的电气设计

    传统的机床由人工完成上下料，存在着劳动强度大、效率低、安全性差等诸多的问题。随着机床用户生产的发展，采用自动化的操作手段以减轻劳动强度、提高生产效率、降低制造成本、减少人力资源的投入，已成为必然的趋势。 
　　　带自动上下料装置和机械手的HM-001数控机床是上海交通大学“211工程”提出的，由我厂产品开发部完成电气设计工作。该机床采用模块化设计，通过机、电、液、气控制机械手自动上下料，可进行大批量产品的自动化生产；并可灵活选择单、双边上下料方式，可以组合多台机床或其他设备，成为具有不同生产流程的自动化生产线，具有效率高、结构简单紧凑、造型新颖美观、重量轻的特点。 
　　　在生产中，通过伺服控制机械手的移动和准确定位，利用液压和气动装置控制传送料和自动上下料，并要求在进行切削加工的同时完成下一个工件输送和已加工好零件的送出，以缩短生产节拍，提高生产效率。 
1 总体电气设计 
　　　根据数控机床和自动上下料的控制要求和销售前景，并借鉴上同行业同类产品的数控系统选型，在HM-001数控车床总体电气设计中，我们选择了性价比高的SIEMENS 802D数控系统，配置611U数字化伺服系统和内置S7-200PLC可编程逻辑控制器，通过PROFIBUS总线实现数控系统、伺服系统、PLC之间的高速通信。其中，内置S7-200 PLC可编程逻辑控制器的功能齐全，输入/输出点丰富，可实现对机械手信号的特殊处理。611U数字化伺服系统控制方式简单，可方便实现机械手的准确定位。采用FESTO气缸和定位开关，保证机械手动作正确。 
2 工作原理和PLC编程框图 
　　机械手自动上下料由PLC 可编程逻辑控制器协调控制，经各种液压缸和气缸配合进行动作处理。整个自动上下料过程包括五大部分：（1）工件输送；（2）机械手取料；（3）卡盘上下料；（4）机械手送料；（5）零件送到下一工序。其中，（1）、（5）部分与其他部分、数控加工并行执行；（2）、（4）部分与数控加工同时进行。
　　工件输送 采用水平输送、倾斜输送、提升输送等方式。水平输送可输送不同物品，并且可以采用不同输送速度、不同输送形式；倾斜输送可调节倾斜角度，通过使用带有花纹的传输带或水平挡板，提高传输带对工件的抓着稳定性，防止工件滑散、甩脱，保证准确的运行轨迹；提升输送占据空间小，对小型圆柱类零件有较好效果。 
　　在PLC程序设计时，如所需加工的工件有方向性，编辑的PLC程序除控制工件的转向定位，还应考虑到定位的可靠性。在一次定位不准时，可以重新转向定位一到两次，以保证循环中不会因工件输送定位偶然出错而停止。 
　　　机械手取料 当工件输送到位，取料机械手就进入工作状态并开始抓料。在抓工件过程中，必须保证手爪和工件之间的位置和角度关系。首先调整手爪上的基准面和台面上相应的基准面贴合，以减小角度误差；随后平移手爪或料台，调整位置误差。 
　　卡盘上下料 这是整个自动上下料机构的核心部分。在卡盘上下料过程中，机械手应和机床一些辅助功能配合工作，要求同步协调、稳妥可靠。 
　　上图为HM-001数控车床机械手上下料工作流程框图（以加工盘类零件为例）。 
　　机械手送料 卡盘上下料完成，送料机械手须把已加工好的工件运送到送料槽。由卡盘上下料的框图中可见，送料优先于取料和卡盘上下料，取料优先于卡盘上下料，这样才能保证在整个上下料循环过程中不会发生有料的抓手再去抓料。 
　　零件送到下一工序 机械手将已加工好的零件送到料槽后，再通过传输带等方式把已加工好的工件送到下一加工工序。 
　　为了便于用户选择多台机床的组合使用方式，HM-001数控车床可采用单边上下料或双边上下料，传输带也要考虑到这两种方式的不同使用。在单边上下料设计时，传输设备尽量结合双边上下料时取料和送料的结构，这样PLC程序控制时可使单双边上下料一致，增强其通用性。 
3 安全防护措施的设计 
　　在HM-001数控车床上，安装有安全检测开关，专门检查工件是否被夹紧，并把卡盘的开启和闭合转换为直线运动，测量相应的直线运动点来监控卡盘的开启和闭合。当需要加工不同的零件时，可随工件的不同调节所检测的直线运动点，来改变监控位置，从而达到安全防护措施的实用性，也相应地拓宽了HM-001数控机床的应用范围。 
　　在机械手移动行架上，设定二次限位开关，防止机械手运动超程；设定机械手安全工作区域，防止机械手在非安全位置上下运动，引发机器故障，影响整台机床的性能。 
4 结束语 
　　带自动上下料装置的HM-001数控车床，具有完善的机床加工功能，实现了自动提取和传送工件，使得零件加工*自动化，达到高节拍、高自动化的目标，真正实现了无人操作的率生产，充分满足现代化高节奏生产要求，具有很好的市场前景。在机床展览会上被誉为新一代的应用机械手进行上下料的数控车床，体现了国产机床新的跨越。