傳統(tǒng)的機(jī)床由人工完成上下料，存在著勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、安全性差等諸多的問題。隨著機(jī)床用戶生產(chǎn)的發(fā)展，采用自動(dòng)化的操作手段以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率、降低制造成本、減少人力資源的投入，已成為必然的趨勢。 
　　　帶自動(dòng)上下料裝置和機(jī)械手的HM-001數(shù)控機(jī)床是上海交通大學(xué)“211工程”提出的，由我廠產(chǎn)品開發(fā)部完成電氣設(shè)計(jì)工作。該機(jī)床采用模塊化設(shè)計(jì)，通過機(jī)、電、液、氣控制機(jī)械手自動(dòng)上下料，可進(jìn)行大批量產(chǎn)品的自動(dòng)化生產(chǎn)；并可靈活選擇單、雙邊上下料方式，可以組合多臺(tái)機(jī)床或其他設(shè)備，成為具有不同生產(chǎn)流程的自動(dòng)化生產(chǎn)線，具有效率高、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、造型新穎美觀、重量輕的特點(diǎn)。 
　　　在生產(chǎn)中，通過伺服控制機(jī)械手的移動(dòng)和準(zhǔn)確定位，利用液壓和氣動(dòng)裝置控制傳送料和自動(dòng)上下料，并要求在進(jìn)行切削加工的同時(shí)完成下一個(gè)工件輸送和已加工好零件的送出，以縮短生產(chǎn)節(jié)拍，提高生產(chǎn)效率。 
1 總體電氣設(shè)計(jì) 
　　　根據(jù)數(shù)控機(jī)床和自動(dòng)上下料的控制要求和銷售前景，并借鑒上同行業(yè)同類產(chǎn)品的數(shù)控系統(tǒng)選型，在HM-001數(shù)控車床總體電氣設(shè)計(jì)中，我們選擇了性價(jià)比高的SIEMENS 802D數(shù)控系統(tǒng)，配置611U數(shù)字化伺服系統(tǒng)和內(nèi)置S7-200PLC可編程邏輯控制器，通過PROFIBUS總線實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、PLC之間的高速通信。其中，內(nèi)置S7-200 PLC可編程邏輯控制器的功能齊全，輸入/輸出點(diǎn)豐富，可實(shí)現(xiàn)對機(jī)械手信號(hào)的特殊處理。611U數(shù)字化伺服系統(tǒng)控制方式簡單，可方便實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的準(zhǔn)確定位。采用FESTO氣缸和定位開關(guān)，保證機(jī)械手動(dòng)作正確。 
2 工作原理和PLC編程框圖 
　　機(jī)械手自動(dòng)上下料由PLC 可編程邏輯控制器協(xié)調(diào)控制，經(jīng)各種液壓缸和氣缸配合進(jìn)行動(dòng)作處理。整個(gè)自動(dòng)上下料過程包括五大部分：（1）工件輸送；（2）機(jī)械手取料；（3）卡盤上下料；（4）機(jī)械手送料；（5）零件送到下一工序。其中，（1）、（5）部分與其他部分、數(shù)控加工并行執(zhí)行；（2）、（4）部分與數(shù)控加工同時(shí)進(jìn)行。
　　工件輸送 采用水平輸送、傾斜輸送、提升輸送等方式。水平輸送可輸送不同物品，并且可以采用不同輸送速度、不同輸送形式；傾斜輸送可調(diào)節(jié)傾斜角度，通過使用帶有花紋的傳輸帶或水平擋板，提高傳輸帶對工件的抓著穩(wěn)定性，防止工件滑散、甩脫，保證準(zhǔn)確的運(yùn)行軌跡；提升輸送占據(jù)空間小，對小型圓柱類零件有較好效果。 
　　在PLC程序設(shè)計(jì)時(shí)，如所需加工的工件有方向性，編輯的PLC程序除控制工件的轉(zhuǎn)向定位，還應(yīng)考慮到定位的可靠性。在一次定位不準(zhǔn)時(shí)，可以重新轉(zhuǎn)向定位一到兩次，以保證循環(huán)中不會(huì)因工件輸送定位偶然出錯(cuò)而停止。 
　　　機(jī)械手取料 當(dāng)工件輸送到位，取料機(jī)械手就進(jìn)入工作狀態(tài)并開始抓料。在抓工件過程中，必須保證手爪和工件之間的位置和角度關(guān)系。首先調(diào)整手爪上的基準(zhǔn)面和臺(tái)面上相應(yīng)的基準(zhǔn)面貼合，以減小角度誤差；隨后平移手爪或料臺(tái)，調(diào)整位置誤差。 
　　卡盤上下料 這是整個(gè)自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)的核心部分。在卡盤上下料過程中，機(jī)械手應(yīng)和機(jī)床一些輔助功能配合工作，要求同步協(xié)調(diào)、穩(wěn)妥可靠。 
　　上圖為HM-001數(shù)控車床機(jī)械手上下料工作流程框圖（以加工盤類零件為例）。 
　　機(jī)械手送料 卡盤上下料完成，送料機(jī)械手須把已加工好的工件運(yùn)送到送料槽。由卡盤上下料的框圖中可見，送料優(yōu)先于取料和卡盤上下料，取料優(yōu)先于卡盤上下料，這樣才能保證在整個(gè)上下料循環(huán)過程中不會(huì)發(fā)生有料的抓手再去抓料。 
　　零件送到下一工序 機(jī)械手將已加工好的零件送到料槽后，再通過傳輸帶等方式把已加工好的工件送到下一加工工序。 
　　為了便于用戶選擇多臺(tái)機(jī)床的組合使用方式，HM-001數(shù)控車床可采用單邊上下料或雙邊上下料，傳輸帶也要考慮到這兩種方式的不同使用。在單邊上下料設(shè)計(jì)時(shí)，傳輸設(shè)備盡量結(jié)合雙邊上下料時(shí)取料和送料的結(jié)構(gòu)，這樣PLC程序控制時(shí)可使單雙邊上下料一致，增強(qiáng)其通用性。 
3 安全防護(hù)措施的設(shè)計(jì) 
　　在HM-001數(shù)控車床上，安裝有安全檢測開關(guān)，專門檢查工件是否被夾緊，并把卡盤的開啟和閉合轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，測量相應(yīng)的直線運(yùn)動(dòng)點(diǎn)來監(jiān)控卡盤的開啟和閉合。當(dāng)需要加工不同的零件時(shí)，可隨工件的不同調(diào)節(jié)所檢測的直線運(yùn)動(dòng)點(diǎn)，來改變監(jiān)控位置，從而達(dá)到安全防護(hù)措施的實(shí)用性，也相應(yīng)地拓寬了HM-001數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍。 
　　在機(jī)械手移動(dòng)行架上，設(shè)定二次限位開關(guān)，防止機(jī)械手運(yùn)動(dòng)超程；設(shè)定機(jī)械手安全工作區(qū)域，防止機(jī)械手在非安全位置上下運(yùn)動(dòng)，引發(fā)機(jī)器故障，影響整臺(tái)機(jī)床的性能。 
4 結(jié)束語 
　　帶自動(dòng)上下料裝置的HM-001數(shù)控車床，具有完善的機(jī)床加工功能，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)提取和傳送工件，使得零件加工*自動(dòng)化，達(dá)到高節(jié)拍、高自動(dòng)化的目標(biāo)，真正實(shí)現(xiàn)了無人操作的率生產(chǎn)，充分滿足現(xiàn)代化高節(jié)奏生產(chǎn)要求，具有很好的市場前景。在機(jī)床展覽會(huì)上被譽(yù)為新一代的應(yīng)用機(jī)械手進(jìn)行上下料的數(shù)控車床，體現(xiàn)了國產(chǎn)機(jī)床新的跨越。