數(shù)控機床上下料機械手設(shè)計的流程

白 平，薛 佟

沈陽第一機床廠，遼寧沈陽 110041

在數(shù)控機床的各項性能指標和整體布局上，輸送技術(shù)對其有著直接性的影響。在缸體加工過程中，發(fā)動機缸體的三軸孔加工是一項十分重要的程序和環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)在很大程度上確保了三軸孔在加工過程中的精確度；在缸體的縱向上，應當配置若干個固定的導向設(shè)施，用于支撐鏜桿；傳統(tǒng)意義上的三軸孔鏜床，其架構(gòu)復雜，同時存在防護難度大、輸送速度較慢等諸多問題，在很大程度上給數(shù)控機床的生產(chǎn)節(jié)拍造成了影響。為了解決上述困難，大連機床企業(yè)首次研究并設(shè)計了空中布局的數(shù)控機床上下料機械手，這不僅強化了數(shù)控機床的剛性，同時也解決了數(shù)控機床在排屑過程中所面臨的一系列難題，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)機缸體在輸送過程中所表現(xiàn)出的柔性；通過對伺服驅(qū)動技術(shù)，在很大程度上減少了輸送機床在輸送過程中的時間，同時實現(xiàn)了工序的分解，致使數(shù)控機床的節(jié)拍從原來的6min下降到現(xiàn)在的3.2min；在一定意義上達到了用戶在節(jié)拍方面的一些要求，與此同時，在很大程度上也提高了數(shù)控機床的自動化。

1 機械手的發(fā)展情形與動態(tài)

從國內(nèi)外所有機械手的發(fā)展現(xiàn)狀來看，在現(xiàn)階段，對機械手的研究和開發(fā)已趨于高潮，機械手的發(fā)展現(xiàn)狀與動態(tài)，可以總結(jié)為：第一，模塊化與可重構(gòu)化是現(xiàn)階段機械架構(gòu)發(fā)展的主要動向；其二，PC機的開放型控制器是機械手體系發(fā)展的一個主要方向，其目的就是為了完善機械手，使其逐漸走向網(wǎng)絡(luò)化和標準化；器件集成度得以強化，架構(gòu)設(shè)計玲瓏，同時運用過了模塊化架構(gòu)；在很大程度上強化了機械手體系的安全性和可靠性，同時也滿足機械手在維修和防護方面的一些便捷性；第三，傳感器在機械手中發(fā)揮了十分重要的作用，不僅運用了傳統(tǒng)的速度傳感器、位置傳感器等，同時也引進了先進的視覺傳感器、觸覺傳感器和聽覺傳感器，促使機械手逐漸向智能化方向發(fā)展和推進；第四，裝配、焊接等機械產(chǎn)品逐漸向模塊化、標準化及系列化方向推進和發(fā)展，及系統(tǒng)動態(tài)的仿真等。

2 機械手手爪架構(gòu)的設(shè)計分析

機械手手爪的類型較多，其主要用于作業(yè)的操作和裝置，按照不同的作業(yè)方法和操作，可以將手爪分為測量式手爪、加工式手爪及搬用式手爪等。所謂搬用式手爪，即為多種類型的夾持裝置，其主要用于對物體的搬用和抓取；加工式手爪，即為附有焊槍、銑刀等工具的機械手附加設(shè)備，其主要用于對作業(yè)的加工；所謂測量式手爪，即為附有傳感器的一種附加設(shè)備，其主要用于對作業(yè)的檢驗和測量。在機械手手爪的設(shè)計過程中，應當遵循以下幾個方面的要求：其一，根據(jù)機械手作業(yè)的具體要求對機械手手爪進行相應的設(shè)計和開發(fā)；其二，機械手手爪的專用性和萬能型之間存在一定的矛盾。萬能手的架構(gòu)設(shè)計比較繁瑣，有時還會出現(xiàn)無法實現(xiàn)的現(xiàn)象，以工業(yè)的實際應用為出發(fā)點，將重點應放在對各類專用的、工作效率較高的機械手的研究和設(shè)計上，確保工業(yè)機械手的所有工作性能的實現(xiàn)和健全，在這里，我們不贊成通過一個萬能手來完成所有工作，應當考慮機械手在設(shè)計過程中所發(fā)揮的一些經(jīng)濟效益；其三，確保手爪的通用性。所謂機械手爪的通用性，即為通過數(shù)量有限的手爪來適應不同要求的機械手，這就給末端執(zhí)行器提出了一定的要求，即要求其末端配置一個標準的機械接口，保證末端執(zhí)行器能夠標準化運用。

3 機械手設(shè)計方案的運行

因為機械手手臂在運作過程中表現(xiàn)為直線式，并且考慮到機械手在剛度、運動過程中所表現(xiàn)出的穩(wěn)定性和安全性、動態(tài)性能等方面的一些要求，所以應當選取液壓驅(qū)動方式，基于液壓缸所表現(xiàn)出的直接性驅(qū)動，液壓缸不僅是執(zhí)行件，同時也是驅(qū)動件，所以，在設(shè)計過程中可以取消對執(zhí)行件的設(shè)計，又由于液壓缸在運動過程中表現(xiàn)為直線式，所以，在其控制上的難度較低，便于計算機管理和控制。

除此之外，機械手手臂由于在其具體工作及控制方面的一些要求，所以在機械手手臂的過程中，應當控制其結(jié)構(gòu)的設(shè)計，不應過大，如果只依賴加大液壓缸的直徑來實現(xiàn)剛度的提高，那么將無法實現(xiàn)系統(tǒng)剛度的一些要求。所以，在設(shè)計過程中，額外添加了導桿機構(gòu)，在小臂上安置了兩個導桿，兩導桿和活塞桿共同形成了一個等邊三角形，在最大程度上加大了小臂的剛度；在大臂上安置了四個導桿，四個導桿構(gòu)成了四邊形，為了最大限度的降低大臂的重量，每個導桿都引用了空心架構(gòu)。

4 機械手的優(yōu)勢和應用

機械手實施方案具有速度快、工作效率高、負載能力強、移位精度高及故障出現(xiàn)頻率低等諸多方面的優(yōu)點。

機械手在DK050機床上的成功運用，是數(shù)控機床柔性輸送方面的一大創(chuàng)新。在今后的數(shù)控機床的生產(chǎn)過程中，機械手的開發(fā)和運用將會得到前所未有的發(fā)揮，同時為廣大用戶提供了極大地方便，能夠產(chǎn)生較大的生產(chǎn)效益和經(jīng)濟效益。

5 結(jié)論

機械手在機械行業(yè)中的運用已經(jīng)成為一種必然的趨勢，同時這種運用將得到前所未有的發(fā)揮，機械手能夠成功的運用于機械零件的組裝和加工工件的裝卸與搬運，尤其體現(xiàn)于組合機床以及自動化數(shù)控機床上的運用和創(chuàng)新。將機械手與機床設(shè)備合為一個柔性體，在很大程度上能夠節(jié)省工件輸送裝置，架構(gòu)比較緊湊，同時適應能力較強，在技術(shù)和經(jīng)濟上對機械手進行考慮都是有必要的，所以，對數(shù)控機床上下料機械手進行研究和設(shè)計是一種必然。

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