傳統的機床由人工完成上下料，存在著勞動強度大、效率低、安全性差等諸多的問題。隨著機床用戶生產的發展，采用自動化的操作手段以減輕勞動強度、提高生產效率、降低制造成本、減少人力資源的投入，已成為必然的趨勢。 
　　　帶自動上下料裝置和機械手的HM-001數控機床是上海交通大學“211工程”提出的，由我廠產品開發部完成電氣設計工作。該機床采用模塊化設計，通過機、電、液、氣控制機械手自動上下料，可進行大批量產品的自動化生產；并可靈活選擇單、雙邊上下料方式，可以組合多臺機床或其他設備，成為具有不同生產流程的自動化生產線，具有效率高、結構簡單緊湊、造型新穎美觀、重量輕的特點。 
　　　在生產中，通過伺服控制機械手的移動和準確定位，利用液壓和氣動裝置控制傳送料和自動上下料，并要求在進行切削加工的同時完成下一個工件輸送和已加工好零件的送出，以縮短生產節拍，提高生產效率。 
1 總體電氣設計 
　　　根據數控機床和自動上下料的控制要求和銷售前景，并借鑒上同行業同類產品的數控系統選型，在HM-001數控車床總體電氣設計中，我們選擇了性價比高的SIEMENS 802D數控系統，配置611U數字化伺服系統和內置S7-200PLC可編程邏輯控制器，通過PROFIBUS總線實現數控系統、伺服系統、PLC之間的高速通信。其中，內置S7-200 PLC可編程邏輯控制器的功能齊全，輸入/輸出點豐富，可實現對機械手信號的特殊處理。611U數字化伺服系統控制方式簡單，可方便實現機械手的準確定位。采用FESTO氣缸和定位開關，保證機械手動作正確。 
2 工作原理和PLC編程框圖 
　　機械手自動上下料由PLC 可編程邏輯控制器協調控制，經各種液壓缸和氣缸配合進行動作處理。整個自動上下料過程包括五大部分：（1）工件輸送；（2）機械手取料；（3）卡盤上下料；（4）機械手送料；（5）零件送到下一工序。其中，（1）、（5）部分與其他部分、數控加工并行執行；（2）、（4）部分與數控加工同時進行。
　　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；傾斜輸送可調節傾斜角度，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定性，防止工件滑散、甩脫，保證準確的運行軌跡；提升輸送占據空間小，對小型圓柱類零件有較好效果。 
　　在PLC程序設計時，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向定位，還應考慮到定位的可靠性。在一次定位不準時，可以重新轉向定位一到兩次，以保證循環中不會因工件輸送定位偶然出錯而停止。 
　　　機械手取料 當工件輸送到位，取料機械手就進入工作狀態并開始抓料。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系。首先調整手爪上的基準面和臺面上相應的基準面貼合，以減小角度誤差；隨后平移手爪或料臺，調整位置誤差。 
　　卡盤上下料 這是整個自動上下料機構的核心部分。在卡盤上下料過程中，機械手應和機床一些輔助功能配合工作，要求同步協調、穩妥可靠。 
　　上圖為HM-001數控車床機械手上下料工作流程框圖（以加工盤類零件為例）。 
　　機械手送料 卡盤上下料完成，送料機械手須把已加工好的工件運送到送料槽。由卡盤上下料的框圖中可見，送料優先于取料和卡盤上下料，取料優先于卡盤上下料，這樣才能保證在整個上下料循環過程中不會發生有料的抓手再去抓料。 
　　零件送到下一工序 機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機床的組合使用方式，HM-001數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。在單邊上下料設計時，傳輸設備盡量結合雙邊上下料時取料和送料的結構，這樣PLC程序控制時可使單雙邊上下料一致，增強其通用性。 
3 安全防護措施的設計 
　　在HM-001數控車床上，安裝有安全檢測開關，專門檢查工件是否被夾緊，并把卡盤的開啟和閉合轉換為直線運動，測量相應的直線運動點來監控卡盤的開啟和閉合。當需要加工不同的零件時，可隨工件的不同調節所檢測的直線運動點，來改變監控位置，從而達到安全防護措施的實用性，也相應地拓寬了HM-001數控機床的應用范圍。 
　　在機械手移動行架上，設定二次限位開關，防止機械手運動超程；設定機械手安全工作區域，防止機械手在非安全位置上下運動，引發機器故障，影響整臺機床的性能。 
4 結束語 
　　帶自動上下料裝置的HM-001數控車床，具有完善的機床加工功能，實現了自動提取和傳送工件，使得零件加工*自動化，達到高節拍、高自動化的目標，真正實現了無人操作的率生產，充分滿足現代化高節奏生產要求，具有很好的市場前景。在機床展覽會上被譽為新一代的應用機械手進行上下料的數控車床，體現了國產機床新的跨越。