NC车床自动上下料系统的设计与实现

荆瑞红

摘 要：为提高NC车床上下料效率，本文以数控车床控制系统为基础，采用伺服控制、屏通控制、机械手控制系统对上下料系统进行开发，通过两轴（[X]轴、[Z]轴）伺服单臂双夹自动上下料机械手以及12站圆盘型供收料机实现自动供料、自动加工、自动卸料。

关键词：自动上下料;机械手;伺服控制

中图分类号：TH166文献标识码：A文章编号：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

隨着国家2025计划的推出，“中国制造”逐渐转变为“中国智造”，企业制造系统的自动化程度也不断提高。此外，随着劳动力成本不断提高，企业也急需实现智能化改造。随着企业产量的增加和数控机床技术的发展，传统的人工操作已经不能满足生产需求，急需进行智能制造。为了响应国家号召，本文针对某公司数控机床进行机床上下料系统的改造设计。

1 上下料系统的控制原理

NC车床上下料系统主要为数控车床加工服务，负责数控车床的上料、下料任务。该系统主要由两轴伺服单臂双夹自动上下料机械手、12站圆盘型供收料机和触屏控制三部分组成[1]。触屏控制发出指令，自动上下料机械手负责从12站圆盘型供料站运送原材料到NC车床，NC车床加工完毕后，再由机械手卸料，把成品再输送到收料机。随后，机械手再次供料给NC车床，不断循环下去。机床上下料系统控制原理见图1。

2 上下料系统的硬件部分

上下料系统为两轴伺服驱动直角坐标、门型自动上下料系统，专为搭配NC车床加工使用。主要由两轴伺服单臂双夹自动上下料机械手、12站圆盘型供收料机和人机操作画面组成。两轴伺服单臂双夹自动上下料机械手负责快速顺畅地进行物料的供料与卸料，12站圆盘型供收料机负责备料和工件的存储，人机操作画面负责人性化的操作。

2.1 两轴伺服单臂双夹自动上下料机械手

两轴伺服单臂双夹自动上下料机械手（见图2）主要由基座、伺服电机和机械夹爪等组成。基座采用量轻质坚的铝合金结构，没有内应力作用产生扭转变形的顾虑，保养容易，并以两方向大跨距排列。精密线性滑轨作为机械臂运行导轨，[X]轴极速可达2m/s，[Z]轴达15m/s。伺服电机采用日本进口三菱低转速、高扭矩电机，降低运转声音与摩擦发热现象，稳定运行质量，再搭配三菱控制器与伺服驱动器;机械夹爪采用气压夹爪，依据工件形状选用三爪圆形夹、两爪平行夹，确保夹取牢靠。

两轴伺服单臂双夹自动上下料机械手可以夹取块材、棒材两种类型。机械手设备采用PCM-2500两轴伺服驱动系统，伺服驱动为三菱控制系统[2]。机械手控制系统参数见表1。

2.2 12站圆盘型供收料机

12站圆盘型供收料机（见图3）由料盘和伺服电机控制。料盘承载尺寸相同的工件或成品由4只定位螺丝固定并可以调整。盘面移动位置由高精度伺服电机控制，确保机械臂夹取位置准确。定点取料采用光电传感器检测控制。料盘可以承载?10～?70圆块材、异型材、凸缘型材。

2.3 人机界面

人机界面（见图4）担负系统操控的通信重任，触摸屏采用屏通PT070-10F机型，主要包括主目录界面、操作面盘界面和手动操作界面[3]。主目录界面主要包括时间设定、回归原点、操作面盘界面、选内外夹工件夹取方式和异常显示等操作界面。

操作面盘画面（见图5）包括自动操作模式、手动操作模式、启动按钮及累积产量数显示。

手动目录画面（见图6）包括机械手手动、供料机手动、选择吹气和选择校正站等按钮。用于手动控制机械臂、供料机、吹气的手动操作[4]。其中，机械手手动操作画面（见图7）比较复杂。该界面包括材料夹具开关选择按钮、成品夹具开关选择按钮、吹气按钮、参数显示按钮等。供料机手动操作画面（见图8）包括供料换站、材料的上升/下降、成品的输送等。自动操作画面（见图9）主要是显示伺服电机速率百分比、暂停和再启动按钮等。

3 PLC对上下料系统的控制

两轴伺服单臂双夹自动上下料机械手主要由三菱PLC FX3U-64MT控制，由三菱的伺服驱动器（MR-J2S-100A）控制伺服电机（HC-SFS-102K+10ML-CABL）实现机械手[X]轴与[Z]轴方向的运行。屏通的人机界面（PT070-10F）与PLC通信，实现触屏控制[5]。电气架构见图10。

4 结语

通过对NC车床上下料系统的改造，实现了NC车床自动供料、卸料等功能，取代了人力，提高了生产效率。该系统将会对以后生产实践起到一定的作用。

①机械手气动夹具可以夹取块材、棒材两种类型。同时，气动夹具具有准确、快捷的特点，从而提高加工效率。

②机械手上下料系统采用三菱伺服控制行程，准确控制加工位置。

③屏通控制使客户可以根据自己的需求设置机械手的动作，合理调整各种参数，减少控制点的位置，从而提高上下料效率。

参考文献：

[1]甘爱芬.机床上下料的自动化改造[J].机电工程技术，2018（7）：87-89.

[2]李东亚.基于发那科数控系统的四自由度自动上下料系统设计[J].机床与液压，2018（11）：75-78.

[3]陆宁，洪荣晶，谢杰.小型齿轮加工单元自动上下料系统的设计与实现[J].组合机床与自动化加工技术，2018（5）：14-17.

[4]刘保朝.一款工业机器人上下料系统的研究[J].航空精密制造技术，2018（2）：58-62.

[5]金燕，刘少军.圆盘类零件加工自动上下料系统设计[J].机床与液压，2018（16）：41-44.