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【摘 要】轴加工上料机械手是一种由PLC控制，通过机械部分相互之间的有规律的运动来实现相关上料动作的产品，该产品不仅能用来代替工人工作，而且还能有效地缩短轴加工的辅助时间，从而达到减轻劳动强度，提高生产效率的目的。
【关键词】机械手；PLC；电磁铁；液压
0.概述
如今机械手应用广泛，在工业制造领域、军事领域、娱乐领域、医疗领域等都可以看到它们的身影。在工业制造领域尤为显著：其一，它能部分的代替人工操作；其二，它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三，它能操作必要的机具进行焊接和装配，从某种意义上来说机械手就是人类手臂的延伸。通过调研以及查阅相关信息发现，对于大多数中小型生产企业而言，使用机械手的企业少之又少，这些企业生产设备相对落后，设备对操作人员的业务水平要求较高，而且工人的劳动强度很高。出现这种现象的因素是多方面的，但是最关键的是成本与企业实际规模是否相符合，虽然采用先进的设备可以从根本上改善工人的劳动条件以及极大的提高生产效率，但是采用先进的设备会面临一些很现实的问题，资金的投入和回报比是否合算问题，以及资金的一次性投入和工厂的规模是否匹配问题。在调研中，这些企业大都表示愿意使用较先进的设备，只是原因正如上文所说。其中还了解到很多企业在日常生产中上下料这一步骤所占用的工时较长，一定程度上制约着企业生产效率。于是本设计就主要针对中小型生产企业关于轴加工上下料而设计了一种基于PLC的轴加工上下料机械手，实现生产的自动化，从而显著地提高生产效率并且减少操作工人的劳动强度。
1.系统设计方案
该系统由两部分组成：机械部分和控制部分。机械部分又分为：上料、压紧以及下料等模块，这些模块共同参与完成轴料的从上料到下料的全部工作；控制部分有控制系统模块和控制执行模块组成，其中控制模块选用西门子S7-200可编程控制器（PLC），执行模块选择继电器以及末端执行器液压系统。PLC通过预先编写的程序对相应的执行机构进行有序的控制。
2.系统机械部分设计
该系统要求实现轴的三个工位的钻加工，于是本设计采用针对卧式三钻头组合机床的设计方案。对机械部分可以细分为：直线往复送料机构、大小电磁铁机械手、压紧机构等模块。直线往复送料机构负责将料仓的轴料转移至预订工作位置；小电磁铁机械手利用电磁力负责将直线往复送料机构运送的轴料运送至工作台；压紧机构将轴料压紧，工作台进给对轴进行加工。加工完毕，压紧机构提升，大电磁铁机械手将工作台上的轴移动至另外预定的工作位置；随后直线往复送料机构等重复上一个动作从而实现工作的循环进行，直至按下闭合按钮。其中该系统的核心是三钻头与工件之间的加工方案，具体方案如下：。三个钻头分别负责轴的三个工步，V型块V3、V2、V1上分别放置轴Z3、Z2、Z1，其中V3、V2、V1分别对应加工步一、工步二、工步三。工作台退回至上下料位置后，大电磁铁机械手吸附Z1、Z2、Z3并且移动至另一个工作位，然后将Z3和Z2分别放置在V2和V1上，而Z1被放置在下料区从而自动实现下料，空置的V3上由小电磁铁机械手放置未加工的Z4。然后配合其他动作实现不间断的循环加工。
3.系统控制部分设计
系统控制部分负责对机械部分的动作进行控制，发送预定的指令使执行机构执行相应的动作，以完成要求的动作。控制部分的主体采用西门子S7-200PLC， PLC接受与之对应的程序的控制；行程开关是控制系统感官的延伸，工作过程中起到限位和触发的作用；继电器受PLC发出脉冲的控制，同时执行相应的动作对末端执行器件进行控制；液压系统是末端执行器件，由一组阀对液压系统中的直线往复液压缸进行控制，从而带动与之相连接的机械部分的运动至此实现该系统的有效运行（该控制方案系统组成框图见图）。（1）系统初始化。对系统运行开始的状态进行初始化，并且对各参数进行相应的设置。
（2）启动过程。使系统各个机构部件处于预先设定的位置。
（3）手动调整。对某些状况进行及时的调整。
（4）急停指令、复位指令、卡死现象、停止指令等。主要是为了方便系统的运行和确保运行的安全性。
（5）全自动运行过程。包括了所有动作的全过程。
4.结语
本文主要介绍了一种轴加工上料机械手的主要设计原理以及系统组成。它在实际生产中主要用于替代操作工人的操作，可以有效地提高工厂的生产效率、降低工人的劳动强度。它的主要优点是：
（1）工作時间按持久、生产效率高，可以重复不间断的劳动，维持流水线正常工作。
（2）对环境的适应性强，可以在多粉尘、易燃易爆、等恶劣环境中工作。
（3）运动精度较高、灵活性好，PLC控制下可有效地减少人为因素造成的精度问题。
（4）通用性好，虽然该设计主要针对三钻头卧式钻床，但是由于该系统在结构和原理方面有一定的开放性，所以只需要对其进行适当的调整就可以适应不同的工作任务。
因此，本文介绍的轴加工上料机械手的技术性、实用性，能够胜任大多数中小型企业在轴加工过程中的任务要求。
【关键词】机械手；PLC；电磁铁；液压
0.概述
如今机械手应用广泛，在工业制造领域、军事领域、娱乐领域、医疗领域等都可以看到它们的身影。在工业制造领域尤为显著：其一，它能部分的代替人工操作；其二，它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三，它能操作必要的机具进行焊接和装配，从某种意义上来说机械手就是人类手臂的延伸。通过调研以及查阅相关信息发现，对于大多数中小型生产企业而言，使用机械手的企业少之又少，这些企业生产设备相对落后，设备对操作人员的业务水平要求较高，而且工人的劳动强度很高。出现这种现象的因素是多方面的，但是最关键的是成本与企业实际规模是否相符合，虽然采用先进的设备可以从根本上改善工人的劳动条件以及极大的提高生产效率，但是采用先进的设备会面临一些很现实的问题，资金的投入和回报比是否合算问题，以及资金的一次性投入和工厂的规模是否匹配问题。在调研中，这些企业大都表示愿意使用较先进的设备，只是原因正如上文所说。其中还了解到很多企业在日常生产中上下料这一步骤所占用的工时较长，一定程度上制约着企业生产效率。于是本设计就主要针对中小型生产企业关于轴加工上下料而设计了一种基于PLC的轴加工上下料机械手，实现生产的自动化，从而显著地提高生产效率并且减少操作工人的劳动强度。
1.系统设计方案
该系统由两部分组成：机械部分和控制部分。机械部分又分为：上料、压紧以及下料等模块，这些模块共同参与完成轴料的从上料到下料的全部工作；控制部分有控制系统模块和控制执行模块组成，其中控制模块选用西门子S7-200可编程控制器（PLC），执行模块选择继电器以及末端执行器液压系统。PLC通过预先编写的程序对相应的执行机构进行有序的控制。
2.系统机械部分设计
该系统要求实现轴的三个工位的钻加工，于是本设计采用针对卧式三钻头组合机床的设计方案。对机械部分可以细分为：直线往复送料机构、大小电磁铁机械手、压紧机构等模块。直线往复送料机构负责将料仓的轴料转移至预订工作位置；小电磁铁机械手利用电磁力负责将直线往复送料机构运送的轴料运送至工作台；压紧机构将轴料压紧，工作台进给对轴进行加工。加工完毕，压紧机构提升，大电磁铁机械手将工作台上的轴移动至另外预定的工作位置；随后直线往复送料机构等重复上一个动作从而实现工作的循环进行，直至按下闭合按钮。其中该系统的核心是三钻头与工件之间的加工方案，具体方案如下：。三个钻头分别负责轴的三个工步，V型块V3、V2、V1上分别放置轴Z3、Z2、Z1，其中V3、V2、V1分别对应加工步一、工步二、工步三。工作台退回至上下料位置后，大电磁铁机械手吸附Z1、Z2、Z3并且移动至另一个工作位，然后将Z3和Z2分别放置在V2和V1上，而Z1被放置在下料区从而自动实现下料，空置的V3上由小电磁铁机械手放置未加工的Z4。然后配合其他动作实现不间断的循环加工。
3.系统控制部分设计
系统控制部分负责对机械部分的动作进行控制，发送预定的指令使执行机构执行相应的动作，以完成要求的动作。控制部分的主体采用西门子S7-200PLC， PLC接受与之对应的程序的控制；行程开关是控制系统感官的延伸，工作过程中起到限位和触发的作用；继电器受PLC发出脉冲的控制，同时执行相应的动作对末端执行器件进行控制；液压系统是末端执行器件，由一组阀对液压系统中的直线往复液压缸进行控制，从而带动与之相连接的机械部分的运动至此实现该系统的有效运行（该控制方案系统组成框图见图）。（1）系统初始化。对系统运行开始的状态进行初始化，并且对各参数进行相应的设置。
（2）启动过程。使系统各个机构部件处于预先设定的位置。
（3）手动调整。对某些状况进行及时的调整。
（4）急停指令、复位指令、卡死现象、停止指令等。主要是为了方便系统的运行和确保运行的安全性。
（5）全自动运行过程。包括了所有动作的全过程。
4.结语
本文主要介绍了一种轴加工上料机械手的主要设计原理以及系统组成。它在实际生产中主要用于替代操作工人的操作，可以有效地提高工厂的生产效率、降低工人的劳动强度。它的主要优点是：
（1）工作時间按持久、生产效率高，可以重复不间断的劳动，维持流水线正常工作。
（2）对环境的适应性强，可以在多粉尘、易燃易爆、等恶劣环境中工作。
（3）运动精度较高、灵活性好，PLC控制下可有效地减少人为因素造成的精度问题。
（4）通用性好，虽然该设计主要针对三钻头卧式钻床，但是由于该系统在结构和原理方面有一定的开放性，所以只需要对其进行适当的调整就可以适应不同的工作任务。
因此，本文介绍的轴加工上料机械手的技术性、实用性，能够胜任大多数中小型企业在轴加工过程中的任务要求。