采用機(jī)械手代替人進(jìn)行重復(fù)地取放件工作，保證了產(chǎn)品品質(zhì)和生產(chǎn)安全的同時(shí)，也提高了生產(chǎn)自動(dòng)化水平和效率。PLC是以微處理器為核心，將自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)控制裝置，具有高性價(jià)比、高可靠性等特點(diǎn)，已成為自動(dòng)化工程的主要核心設(shè)備。齒輪淬火機(jī)械手的控制系統(tǒng)選用FX2N系列可編程序控制器控制，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠，可以實(shí)行手動(dòng)調(diào)整及自動(dòng)控制。

1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　齒輪淬火機(jī)械手采用圓柱坐標(biāo)的結(jié)構(gòu)形式，由回轉(zhuǎn)、升降、手臂伸縮、手部夾持及定位五種機(jī)構(gòu)組成。由于手部夾持及定位機(jī)構(gòu)靠近保溫爐，工作溫度高，因此采用氣壓傳動(dòng)，其余采用液壓傳動(dòng)，從而使得機(jī)械手結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，且可以方便地實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。機(jī)械手的執(zhí)行運(yùn)動(dòng)采用液壓驅(qū)動(dòng)和氣壓驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)由電磁換向閥控制液流方向和氣流方向，從而控制液壓缸和氣缸的運(yùn)動(dòng)方向。基于PLC的電氣控制系統(tǒng)是通過控制電磁換向閥的電磁鐵線圈的通斷，來實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手運(yùn)行動(dòng)作的控制。

　　機(jī)械手的手臂尺寸較長，回轉(zhuǎn)慣性也比較大，為了保證能準(zhǔn)確抓放齒輪工件，機(jī)械手臂在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)須有精確的定位，系統(tǒng)采用單作用氣缸推動(dòng)插拔銷的機(jī)械定位方式來實(shí)現(xiàn)。在機(jī)械手回轉(zhuǎn)到位時(shí)，限位開關(guān)檢測到信號(hào)，系統(tǒng)使YA1和YA2斷電，回轉(zhuǎn)缸停止轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)使YA9通電，定位氣缸推動(dòng)插拔銷實(shí)現(xiàn)機(jī)械定位。

　　機(jī)械手的PLC電氣控制系統(tǒng)，采用限位開關(guān)(SQ1—SQ6)作為位置檢測信號(hào)，按鈕開關(guān)SBl和SB2作為系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止控制，PLC的輸出信號(hào)分別接各缸的電磁換向閥電磁鐵YA1-YA9，各I／O分配如表1所示。

　　所設(shè)計(jì)的齒輪淬火機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)為純開關(guān)量邏輯控制，所需輸入點(diǎn)為11個(gè)、輸出點(diǎn)10個(gè)，考慮系統(tǒng)的擴(kuò)展方便，系統(tǒng)的PIE選用三菱的FX2N-32MR。系統(tǒng)輸入指令信號(hào)為開關(guān)按鈕等無源器件，直接接人PLC對(duì)應(yīng)的輸人端子，另外一端接PLC的輸入COM即可。系統(tǒng)所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載均為24 V直流電磁閥線圈，為了保護(hù)PLC輸出元器件，在電磁鐵的兩端各反并聯(lián)一續(xù)流二極管，防止在感性負(fù)載斷開時(shí)產(chǎn)生很高的感應(yīng)脈沖電壓對(duì)PLC輸出點(diǎn)及內(nèi)部電路的沖擊，保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。

2 系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì)

　　齒輪淬火機(jī)械手有手動(dòng)調(diào)整和自動(dòng)循環(huán)運(yùn)行兩種工作方式，由控制方式轉(zhuǎn)換開關(guān)SAl進(jìn)行選擇，其常開觸點(diǎn)接通時(shí)為手動(dòng)調(diào)整，斷開時(shí)則為自動(dòng)循環(huán)運(yùn)行。機(jī)械手的手動(dòng)調(diào)整控制程序與自動(dòng)運(yùn)行控制程序相對(duì)獨(dú)立，因此總程序設(shè)計(jì)成兩段獨(dú)立的部分：自動(dòng)運(yùn)行控制程序和手動(dòng)調(diào)整控制程序，通過條件跳轉(zhuǎn)來選擇執(zhí)行相應(yīng)的控制程序。當(dāng)選擇手動(dòng)調(diào)整方式時(shí)，輸人點(diǎn)Xll接通，其常閉觸點(diǎn)斷開，執(zhí)行手動(dòng)調(diào)整程序，并且X11常開觸點(diǎn)閉合，則跳過自動(dòng)運(yùn)行程序段。若選擇自動(dòng)運(yùn)行方式，則跳過手動(dòng)調(diào)整程序，執(zhí)行自動(dòng)運(yùn)行程序段。

　　手動(dòng)調(diào)整用于檢修及動(dòng)作行程等調(diào)整，由于其使用時(shí)間很少，因此為了節(jié)約I／O點(diǎn)，只采用啟動(dòng)按鈕SB1、停止按鈕SB2和調(diào)整選擇按鈕SB3進(jìn)行循環(huán)操作控制。當(dāng)控制方式選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)常開觸點(diǎn)閉合時(shí)，通過按動(dòng)調(diào)整選擇按鈕的次數(shù)來選擇所需調(diào)整的部件，并且當(dāng)前所選部件通過調(diào)整指示燈Ll來顯示。L1具體顯示方式為：常亮為機(jī)械手回轉(zhuǎn)調(diào)整，以0．5 Hz閃爍表示為升降調(diào)整，以1 Hz閃爍表示為伸縮調(diào)整，亮0．5秒滅2秒為夾持調(diào)整，亮2秒滅0.5秒為定位調(diào)整。選擇好調(diào)整部件后，通過按SBl和SB2來控制部件運(yùn)行，均采用點(diǎn)動(dòng)方式。如Ll常亮為機(jī)械手回轉(zhuǎn)調(diào)整，此時(shí)按住啟動(dòng)按鈕SBl，機(jī)械手左轉(zhuǎn)，松開即停止，按住停止按鈕SB2，機(jī)械手右轉(zhuǎn)，松開即停止，其它部件調(diào)整動(dòng)作以此類推。手動(dòng)調(diào)整控制程序設(shè)計(jì)比較簡單，均為簡單的點(diǎn)動(dòng)和聯(lián)鎖。L1的控制方面，0.5 Hz閃爍直接用M8013，其它的用方波發(fā)生控制程序，設(shè)定相應(yīng)時(shí)間參數(shù)即可。通過按動(dòng)調(diào)整選擇按鈕的次數(shù)來選擇所需調(diào)整部件的程序，主要采用計(jì)數(shù)器對(duì)X12進(jìn)行計(jì)數(shù)，并且通過觸點(diǎn)比較指令進(jìn)行數(shù)值判斷，從而確定控制對(duì)象及執(zhí)行對(duì)應(yīng)控制程序，最后有復(fù)位循環(huán)執(zhí)行功能。PLC手動(dòng)控制部分梯形圖如圖1所示。

圖1 PLC手動(dòng)控制部分梯形圖

　　當(dāng)機(jī)械手工作于自動(dòng)運(yùn)行方式時(shí)，其工作過程為：(爐門打開)手臂伸出→手指夾緊(抓住齒輪工動(dòng)，件、延時(shí)1秒)→上升(抬起工件)→手臂縮回、定位縮回→左轉(zhuǎn)900_定位伸出_手臂伸出→下降_手指松開(放在淬火壓床工作臺(tái)上、延時(shí)1秒)_手臂縮回(延時(shí)、等待工件淬火，淬火完成)_手臂伸出→手指夾緊(延時(shí)1秒)→上升_手臂縮回、定位縮回_左轉(zhuǎn)90°→下降→_手指松開(把齒輪放人滾道、延時(shí)1秒)→右轉(zhuǎn)180°、定位伸出(原位)。機(jī)械手完成一個(gè)循環(huán)，再按啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手又重復(fù)上述動(dòng)作。這是一個(gè)典型的按確定順序動(dòng)作的步進(jìn)控制過程，有條件控制和時(shí)間控制兩種方式，條件即為限位開關(guān)和按鈕，用順序功能圖和步進(jìn)梯形圖進(jìn)行編程。

3 結(jié)束語

　　基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)具有很大的靈活性和適應(yīng)性，當(dāng)工藝過程改變時(shí)，能通過簡單改線和修改控制程序來滿足新的控制要求，同時(shí)還具有可靠性高、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。文中涉及的控制方式方法也可以應(yīng)用于其它類似的機(jī)械手控制系統(tǒng)。