基于PLC的自动续料机械手.pdf

1 5 2 机 械 设 计 与 制 造 Ma c h i ne r y De s i g nMa n u f a c t u r e 第 2期 2 0 1 1 年 2月 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 1 0 2 0 1 5 2 0 2 基于 P L C的 自动续料机械手 肖艳 军李 磊周 婧关玉明 河北工业大学 机械工程学院， 天津 3 0 0 0 0 0 Oo n t r o I s y s t e m o f PL C- b a s e d a u t o ma t i c f e e d i n g ma n i p u l a t o r X I A O Ya n - j n n ， L I L e i ， Z H O U J i n g ， G U A N Y u ru i n g S c h o o l o f H e b e i U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， T i a n j i n 3 0 0 0 0 0 ， C h i n a 【 摘要 】 介绍了一种基 于P L C控制的新型 自动续料机械手结构。该装置应用于冲压生产过程 中 对各工位 自动续料 。对该装置的主要机械结构、 动作方式、 电气控制原理、 控制方式做 了详细的表述。 关键词 冲压加工 ； 机械手； P L C； 自动续料 【 A b s t r a c t 】 p r e s e n t s a n e w t y p e of P L C b a s e d M a n i p u l a t o r w it c h c a n a d d m a te r i a l s a u t o m a t i c ． e d e v i c e i s u s e d t o add m a t e r i al s a u t o m ati c f o r e a c h s t ati o n i n t h e p r o d u c t i o n p r o c e s s of s t a m p i n g ． i t ma k e s a d e t a i l e dp r e s e n t ati o n f o r t h e ma i n m e c h a n i c a l s t r u c t u r e oft h e d e v i c e ， act i o n me t h o d ， e l e c t r i c c o n t r o l t h e r o y ， a n d r r n t r o l mo o d K e y wo r d s Pun c hi n g p r o c e s s； M a ni p ul a t or； PLC； Aut o m a t i c f e e di n g 1 i ， i、 - 1 ‘1 m i “-1 j 、 j 0 、 “ j 、 ● 、 i～ j、 中图分类号 T H1 6 文献标识码 A 1 引言 传统 冲压生产过程存在着一些 问题和缺点 。表现在 冲压加 工时产生的噪音和振动两种公害， 而且操作者的安全事故时有发 生。这些问题并不完全是由于冲压加工工艺及模具本身带来的 ， 而主要是由于传统的冲压设备及落后 的手工操作造成的。 随着计 算机技术的发展 ， 特别是机电一体化技术的进步 ， 这些 问题正逐 步得到解决。下面介绍一种应用于冲压生产过程的基于P L C的 自动续料专用设备 ， 该设备是一种用于旋转式密封圈骨架 冲压成 型过程中多个工位间的传送搬运机械手。与传统的人工续料相 比， 该冲压过程 中采用工业机器人 机械手 代替工人操作 ， 构成 冲压自动化生产线。提高了劳动生产率， 并且极大的降低了生产 过程的事故率。 2 该冲压件的生产工艺分析 设计某种冲压件的自动续料专用设备，首先需要了解冲压 件的生产加工过程。 该冲压件从毛坯料到产品共需要三次冲压加 工 ， 依次为拉伸 反拉伸一 冲孔。该设计采用多工位同时冲压 方式 ， 即把多道工序 的模具放置在 同一套模座上 ， 利用 冲床的的 一 次往 复运动使安装在模座上的拉伸 、 反拉 、 冲孔三副模具同时 工作， 冲床动作完成且冲头回到最高位后， 自动续料机械手开始 动作实现工件在三个工位间的传送 。 3 机械手动作的规划 机械手设备由三部分组成 ， 分别为进料部分、 自动续料部分 和收料部分。进料部分作用是将毛坯料由料桶推人上料_ _f 位； 自 动续料部分是该设备的主要机构 ， 通过该部分实现了工件依次在 不同的冲压工位上加工； 收料部分的作用是将加工好的工件通过 滑道收集到指定的位置 ， 同时在生产过程中产生的废料也通过其 从毛坯料到产品的加工过程。 自动续料机械手在工作过程中需要将工件依次放置到相应 的冲压加工工位上 ， 实现工件在不同工位上传递需要的循环动 作如图 l 所示， 该工作过程中机械手需具备升降、 旋转、 手爪开合 j个 自由度 。 骅 毳 H H 图 1机械手装置 的动作 图 4自动续料机械手结构设计 该机械手结构上共包括四部分 分别为回转机构、 上升下降 机构、 机械手爪机构和电磁吸盘机构四个部分。 其结构简图， 如图 2 所示。 图 2续料机械手结构简图 1 ． 机械手爪 2 ． 上料工位 3 ． 上料臂 4 ．落料工位 5 ． 冲孔工位 6 反 拉伸工位 7 ． 回转空心轴 8 ． 滑动轴 1 回转机构包括传动齿轮 、 轴承座、 回转空心主轴和回转 伺服电机等； 当伺服电机工作时通过传动齿轮带动空心主轴进行 他滑道收集。各部分动作都在P L C的控制下有序进行， 最终实现 旋转。 ★来稿 日期 2 0 1 0 - 0 4 0 6 ★基金项 目 河北省 自然基金资助项 目 E 2 0 0 9 0 0 0 0 9 6 ， 河北省教育厅指令项 目资助 2 0 0 9 3 1 7 第 2期 肖艳军等 基 于 P L C的 自动续料机械手 1 5 3 2 上升下降机构包括滑动轴和升降气缸， 滑动轴安装在回 转空心主轴中问， 即可以随回转空心主轴转动， 也可相对其上下 滑动 。 升降气缸固定于底板之上 ， 气缸活塞杆 与滑动轴底端连接 。 3 机械手爪机构包 括连杆 、 滑块 、 手爪和手爪气缸 ； 气缸 固 定在 回转盘上 面， 气缸活塞杆与滑块 连接 ， 气缸 活塞 的伸缩可推 动滑块滑动； 连杆一端与滑块连接， 另～端与手爪连接； 当滑块滑 动时手爪实现开合动作 。 4 电磁吸盘机构包括支撑臂 、 定位销 、 电磁吸盘 ； 上料臂通 过轴承与滑动轴上部相连接； 气缸销安装在回转盘底部； 电磁吸 盘固定在上料臂上。当电磁吸盘动作时定位销伸出， 这样支撑臂 即可和回转盘一起转动 ；当定位销缩回时支撑臂可绕轴承转 动 ， 最终停到零点位置。 5机械手的电气控制分析 该自动续料机械手的各动作由P I C的控制来实现，当设备 正常工作时通过各传感器采集实时信号传送到 P L C中进行处理 后确定机械手下一步的动作。该设计中 P I C采用三菱公司 F X 2 系列的产 品。下面根据机械手 的动作图对各动作过程进行分析 ， 如图 3 所示。 j广一 里 皇 r L X0 YO 兰 ． X I Y 1 一 X2 Y2 ． X3 Y3 旷 X4 Y4 芦一 曼Q主 X5 Y5 器 一 曼Q鱼 X6 ’I6 X7 Y10 一 兰Q X10 YIl 塑 2 X 1 1 Y I 2 葡 C 0 M YI 3 C O M 骚 图 3 P L C外部接线图 1 首先接通电源并打开系统开关 S S 0后， 振动料箱通电开 始动作， 毛坯料在振动的作用下滑入料筒 ， 当滑入的坯料堆积到 一 定高度时 ， 固定在料筒上部 的接近开关产生信号使 中间继 电器 动作切开震动料箱的电源。 2 当双手启动 S B 1 按下后 ， 设备开始正常运行 。首先机械手 爪电磁阀Y V1 动作使各手爪夹紧工件、 电磁吸盘 Y A 1 上电、 定位 气缸电磁阀 Y V 2 动作 。当上述气缸动作到位后电磁开关 S Q1 、 S Q 3 有信号， 则升降气缸电磁阀Y V 3动作。 当升降缸升到上位后电磁开 关 S Q 5有信号， 此时进料气缸电磁阀 Y V 5动作， 同时 P L C输出端 的中间继电器 K A 1 动作 ， 伺服电机接收到信号开始动作。 当伺服电 机到达右位时升降气缸电磁阀Y V 4动作， 升降缸开始下降。 3 当升降缸下位电磁开关 S Q 6有信号后， P I C的输出端 Y A I 、 Y V1 、 Y V 2断电 ， 此 时手爪 张开 、 电磁 吸盘 断 电 、 定 位销缩 回。这时各工件放置到相应工位 ， 此时 P L C输出端驱动中问继电 器 K A 0动作启动冲床动作。 当冲床回到最高位时 S Q 7 有信号， 此 时 Y V 3动作升 降缸再次上升 ，滑动轴升到最高位 时 S Q 5 再次有 信号 ，此时 K A 2动作伺 服电机开始左转 回到左位 ，电磁阀 Y V 4 再次动作使升降缸下降回到初始位置， 循环动作。 4 其 中 HL 1 为设备 的上 电指示灯， 当钥匙开关打开时 H L 1 上电指示灯亮。H Z为报警蜂鸣器， 通过对 P L C软件的编程使它 在工作 中起到提示和报警的作用 。按钮 S B 2为紧急停止按钮 ， 当 设备在工作过程中遇到异常状况时按下， 使整个设备断电。如表 1 所示 ， 输入输 出设备表。 表 1输入输出设备表 6 控制系统软件设计 系统 的控制方式有两种 自动模式和调试模式。由一个三位 选择控制， 当开关置于 自动模式时系统处于自动运行方式， 此时 机 械手设备根 据各气 缸上 的磁性开关状态及各传感器的状态 自 动接通或断开向P L C输入信号，经过处理后输出端驱动各负载 的动作 ， 实现机械手将工件在各工位中连续的搬运 动作 。当开关 置于调试模式状态时，通过控制面板上的按钮向P L C的输入端 输入信号， 经 P L C处理后输出位做相应动作。调试模式状态下操 作人员可将机械手的各个动作分解， 从而调试设备或排除故障。 图4 系统程序流程 图 应用 P L C控制工业生产过程 ， 编程简单且调试方便 ， 系统的 程序流程如图 4所示 ， 根据工艺动作分析及系统程序流程可绘制 出相应 的梯形 图， 然后编制出相应的程序 。 7结束语 实践证明，基于 P I C的控制系统的快速性及可靠性使整个 控制系统简单， 维修方便， 功能更强， 运行更可靠。采用该控制系 1 54 机 械 设 计 与 制 造 Ma c hi n e r y De s i g nMa nu f a c t u r e 第 2 期 2 01 1年 2月 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 1 0 2 0 1 5 4 0 3 数控换刀机械手轴 系弹性弯扭屈曲性能的数值分析 周正强顾寄南张庆峰孙爱华 江苏大学 制造业信息化研究中心， 镇江 2 1 2 0 1 3 Nu mer i c a l a n al y s i s o n e l a s t i c f l e x u r a l - t o r s i o n a l b u c k l i n g p e r f o r ma n c e o f Sh a f t i n g 0 f CNC t o o l c h an g e r m a n i p u l a t o r Z H O U Z h e n g q i a n g ， G U J i n a n ， Z HA N G Q i n g - f e n g ， S U N A i h u a Me c h a n i c a l I n f o r ma t i o n E n g i n e e r i n g R e s e a r c h C e n t e r o f J i a n g s u U n i v ． ， Z h e n j i a n g 2 1 2 0 1 3 ， C h i n a 木 【 摘要 】 数控机械手广泛的应用于工业领域中， 随着工业生产线 自动化要 求的不断提高， 对机械 手 的需求也越来越广泛。 所涉及机械手是一种用于数控机床上的换刀机械手， 通过 自动换刀， 实现 自动化加 工。利用有限元分析对机械手的中臂轴和刀库的中轴的弹性弯扭屈曲性能进行 了研究， 同时考察主要影 响因子， 以便后期通过适当调整， 最大限度的减少轴 系破坏， 从而提高轴 系寿命和机械手的性能。 关键词 换刀机械手 ； 有限元； 弯扭屈 曲； 轴系 【 Ab s t r a c t 】T h e C N C m a n i p u l a t o r h a s b e e n w i d e u s e d i n i n d u s t r y ， a s t h e a u t o m ati c r e q u i r e m e n t o f i n - d u s t r i a l p r o d u c t i o n l i n e i s i m p r o v i n g c o n t i n u o u s l y , t h e d e m a n d o f ma n ip u l at o r i s m o r e a n d m o r e c o m p r e h e n s i v e ． The m a n ip u l at o r m e n t i o n e d i n t h i s a r t i c l e i s u s e d i n C N C ma c h i n e f o r t o o l c h a n g e r , w h i c h c a n a c h i e v e A u t o m ati c p r o c e s s i n g b y t o o l c h a n g e r ． T h i s a r t i c l e s t u d i e s e l ast i c fle x u r a l - t o r s i o n a l b u c k l i n g p e rf o r ma l c e o f S h ． ， 一 ．c f t i n g b yF i n i t e E l e m e n t A n a y s i s a n d s t u d i e s m a i n f act o r O n t h e b a s i s of i t w e c a n r e d u c e t h e s h d a m a g e as m u c h a s p o s s i b l e t o i n c r e ase t h e s h a f t i n g ’ S z a n d i m p r o v e t h e p e rf o r m a n c e ofma n ip u l at o r ． Ke y wor ds To o l c ha ng e r m a ni pu l a t O r； Fi n i t e e l e m e n t ； Fl e x ur a l -t o r s i o na l bu c kl i ng； Sha f t i ng 中图分类号 T H1 6 ， T U 3 1 8 文献标识码 A 1 引言 随着科学技术的 日益发展 ， 数控机 床的运用越来越广泛 。 尽 管普通机床还大量存在，但是工业生产自动化的趋势是必然的。 在实际生产中， 某些零件加工尺寸较大， 工序比较集中， 在加工过 程中需要频繁更换刀具， 这种 自动换刀装置成本很高， 普通中小 型企业是很难承受的。 目前 ， 很多中小型企业没有使用加工 中心 ， 基本采用人工换刀。 研究对象是一种主要用于中小型企业数控机 床的 自动换刀机械手 ， 它能频繁换刀 ， 且成本较低 。 如图 1 所示， 为数控机床换刀机械手总装示意图， 这种数控 机床换刀机械手的下支座安装在刀库和数控机床刀架之间， 同时 使用机械手步进 电机和涡轮蜗杆减速器带动上支架 上的中臂来 实现机械手竖直平面内的旋转； 中臂上装有中臂气缸， 带动前臂 滑道沿中臂方向伸缩来实现装卸刀动作； 前臂滑道上装有前臂气 缸 ， 带动前臂滑块沿前臂方向伸缩 ， 配合前臂滑块上的手爪夹持 气缸来实现抓刀动作 ； 刀库通过刀库步进电机 和涡轮蜗杆减速器 来实现转动。如图 2 所示， 为刀库总装示意图。 图 1数控机床换刀机械手总装图 1 ．下支座 2 ． 上支座 3 ． 中臂轴 4 ．前臂滑道 5 ． 中臂气缸 6 ．前臂滑块 7 ． 前臂气缸 8 l手爪支架 9 ．夹持气缸 1 O ．手爪关节一 1 1 ． 手爪关节二 1 2 ．联轴器 1 3 ． 涡轮蜗杆减速器 1 4 ． 机械手步进电机 ★来稿 日期 2 0 1 0 0 4 2 2 女基金项 目 镇江市工业科技支撑项 目 S G Y 2 0 0 9 0 0 1 6 统为核心的旋转式 自动续料机械手设备进行生产 ， 极大的提高了 热加工， 2 0 0 2 1 生产率 ，现在每天 的产量相当于六名技术工人一天的工作量 ， 同 南雷英， 戚春晓， 孙友松 冲压生产自动送料技术的现状与发展概况[ J ] ． 日 寸 该 冲 压 生 产 过 程 的 续 料 过 程 是 通 过 机 械 手 自 动 完 成 的 ，使 整 个 3 蓑 在 冲 压 生 产 线 中 的 应 用 [J 】．模 具 生产过程的安全性大大提高了，极大的减少 了工伤事故的发生 。 2 0 0 4 7 但 同时也存在一些问题 ， 如机械手对于工件的抓取有一定 的失误4 邱继红， 刘凯 冲压自 动生产线上下料机器人示教编程方法[ j ] ． 基础自动 率， 而且该设备的制造精度要求较高。 5 冲压中的送料装置[ J ] 微 机电， l 9 9 1 3 参考文献 6 J o 。 ， B ． Y ．D e v e 1 。 p e f i 。 p u n c h y s ￡ e m C I R P A a l s M a n u f a c t u n g 1罗云华 ， 张海欧， 王桂兰． 多工位 自动化冲压生产 的设计 [ J ] _ 机械工人T e c h n o l o g Y ， 2 0 0 1