车床自动上下料机械手臂自动化改造电控方案设计

摘 要：文章设计了一套基于PLC的监控系统，对车床控制系统进行技术改造。该监控系统由三菱FX3U系列PLC、工控机和组态软件构成。运用机械手通过PLC编程实现对机床上下料的自动控制、联锁保护、运行组态软件，设计了具有良好的人机接口功能的监控画面，实现过程信息的集中显示和处理。目前，改造后的设备运行良好，提高了企业的生产效率，为企业节约了大量成本。

关键词：PLC；技术改造；监控系统；组态软件

1 预期达到功能

（1）首先机械手臂在待料区自动抓取工件后上移及横移至指定位置待命。

（2）当数控车床内部零件被加工完成后，安全门被自动开启，并触及启动手臂开关。

（3）机械手臂下降至主轴夹头前端夹紧零件后并自动旋转180度，将另一待加工零件放入主轴夹头内，接着机械手臂上升到指定安全高度，数控车床的安全门自动关闭，并自动执行车削加工指令。

（4）在机床加工的同时机械手臂反向横移及下降到待料区，放下被加工好的零件并抓取另一个待加工零件后快速上移且横移至安全门上方指定位置。如此循环，直至下达中断指令或零件加工完毕。

2 设备总体方案说明

如图1所示，整个系统由数控车床、上料机器人（两轴）、上料区、下料暂存箱、电控系统等组成。其中，数控车床为现有的加工设备，系统方案不涉及本部分，且数控车床的自动开关门机构为数控车床原有功能，本系统只对其进行相关的信号控制，本系统不对数控车床进行机构的改造。机器人主要由X轴、Z轴以及抓取机构组成，其中根据现有的数据资料，选定X轴的行程为1800mm，采用同步带与直线导轨（CPC品牌）的配合，伺服电机采用400W伺服电机（台达），Z轴的行程为1200mm采用滚珠丝杠与直线导轨（CPC品牌）的配合，伺服电机采用200W带抱闸伺服电机（台达），抓取机构采用JRT（韩国）气爪与亚德客的摆缸配合完成产品的取放工作。

3 电控系统及安全要求

系统所有组件设备采用整线控制模式控制，即一处出问题，整线处于受控状态。

（1）设备操作体设有可靠的漏电保护装置（一旦漏电将自动切断电源），电气控制柜设在最容易操作的中间位置。

（2）控制面板上设置状态指示灯，对设备运行状态、异常报警进行一一对应的指示，并设有报警解除按钮。

4 PLC选型

4.1 确定系统所需的输入点

根据控制要求，程序需要如下21个输入点。（如表1）

4.2 确定系统所需的输出点

根据控制要求，程序需要如下23个输出点。（如表2）

4.3 选择PLC

根据以上分析可以得知输入输出点需要大于44，由于整体式PLC具有体积小和价格便宜等优点，适合工艺过程比较稳定、控制要求比较简单的系统，经综合分析后，选择了可以满足所需条件的FX3U-48MT型号的PLC。

5 PLC接线图

6 结束语

经过改造后，该设备经过半年多的运行，不仅操作比原来便捷简单，而且处于良好的运行状态，定位准确，工作可靠，在量产时能实现连续自动生产，减少人力成本。设备电控系统的可靠性得到了提升，平均无故障工作的时间大大提高，设备的维护也变得方便、简单，费用低。设备的各项性能完全满足生产要求。通过使用证明此项改造是一项投资少，见效快的改造方案，为企业节约了大量成本。

参考文献

[1]史宜巧，孙业明，景绍学.PLC技术及应用（项目教程）[M].机械工业出版社.

[2]王福成.电气控制与PLC应用[M].冶金工业出版社.

[3]徐峰.PLC应用技术[M].西安电子工业出版社.

[4]李稳贤，田华.可编程控制器应用技术（三菱）[M].冶金工业出版社.

作者简介：金春凤（1974，01-），女，汉族，江西省新建县人，昆山登云科技职业学院讲师、工程师，研究方向：机械自动化。