淺議數控機床上下料機械手的機械結構設計經驗

張愛美

摘 要：在數控機床布局與不同性能指標方面，輸送技術有著重要影響。在我國目前工廠生產線上，機床工件裝卸工作仍然是由人工完成的。不僅生產效率低下，同時安全性沒有保障。隨著自動化與智能化的發展，為了適應現代工業發展需要，有必要對工藝進行改進。本文就數控機床上下料機械手的機械結構設計經驗作簡要的闡述。

關鍵詞：數控機床機械手；機械結構設計；經驗

1 機械手在機床中的應用

依據加工件規格，節拍，重量等方面因素，可以將機械手分為兩個類別，內藏式與桁架機械手。對于前者而言其形式簡單，工作的效率高，并且成本也低。主要適用于小批量單機下料。對于后者而言，其平穩性高，協作性好，適用對象是批量為主的項目。機械手應用于不同對象其要求不同，對于機床而言，涉及的有卡爪行程檢測。機床在無人運行情況下，為了保持工件夾緊及正確。需要加裝卡爪檢測裝置，以判斷是否正確夾持行程，從而保證機床運行過程中的安全性與加工精度。為了達到此目的，每一次加工作業后，必須要將卡盤上殘留物清理，確保工件不會受到殘留物干擾。解決該問題可以通過吹氣設備安裝來實現。

在機械手控制方面，由于機械手是機床系統來控制的，為了實現機床，機械手，其他輔助設備的良好連接，可以選擇機床控制單元接點驅動與接收點檢測信號，作為二者間的接口。機床刀具必須具備斷屑功能，防止整機過大影響到整體系統運行可靠性。機床同時要具備對刀具檢測的能力，防止由于刀具磨損對加工件質量產生影響。為了提升換料效率，機械手出入機床經由自動門，其目的在于防止換料時油水及切屑飛濺，減小吹氣時噪音，保障生產工作安全性。同時由于自動門開閉時間短，設備移動效率能夠有效提升。

2 上下機械手手爪結構設計

由于數控機械手樣式種類多，類別也比較豐富，對操作裝置及作業過程的要求嚴格。機械手選擇要依據不同操作情況來定。常見操作手有測量式，搬運式，加工手爪式。彼此之間差異較為明顯，作用也各不相同。

機械爪設計流程要符合相應標準，并遵循一定原則。設計與開發工作要建立在運轉與作用內容基礎上。為了避免與萬能爪存在相互矛盾的地方，要將工業應用作為其設計基礎。工作重點在機械手設計過程中，保障其工作職能是健全的，則時也是為了保障其設計流程經濟效益。一方面為了避免與萬能爪相矛盾，但是另一方面，又需要有通用特征。保障有限數量的手爪能夠適用于不同機械手。而在末端執行器工作時，為確保執行過程標準化，需要配備標準化機械接口。

搬運式手爪，主要用于物體搬運與夾取，是一種多類型手持裝置。而加工式手爪是機械手的附加設備，附有焊槍，銑刀等工具。主要用于作業加工。機械手設計過程中，首先要明確其用途，在此基礎上結合到實際情況，設計結果要保證其使用過程中的效率。

機械手手腕是操作的最末端，連接手爪。手爪完成空間動作與作業需要與手臂配合。手腕設計需要滿足實際作業需要，要具有一定的自由度，并小輕盈小巧而結構緊湊。通常情況下手腕靈活性與自身度二者之間有一定相關關系。靈活性與作業適應度也存在聯系。自由度越大其適應性越強，但是其結構復雜性也就越強，控制難度與成本就會相應增加。因此，自由度確立要依據實際情況，而不是只憑設計理論。除過自由度與靈活性之外，結構還要有一定的強度與鋼度，以保證在工作時運動與傳遞的連貫性。在保障精度目標方面，可以設置傳動間隙調整。在防止機械損壞方面，要在手腕各關節設置開關。

機械手手臂設計同樣要以滿足工作實際需要為基礎，考慮到的方面如靈活性，強度與鋼度等。由于該部位在工作時會承受一定載荷，機械本身也具有一定速度。機械壁大小與轉動范圍會直接影響到工作空間形狀大小。由于要承擔負荷，在設計過程中要最大程度將其自身重量減到最小。為了減少電機負擔并同時提升其響應速度，與手臂關節軸相比，手臂在重量要保持平衡，各關節軸也要盡量平行，相互垂直的軸盡可能要相交于一點。這樣設計的目的在于加強對機械手的控制。

機械手的穩定性與精度，響應能力與傳動部件有著直接影響。傳動結構在設計時要從重量與體積兩個方面來考慮，以實現對其速度與精度控制。常見的傳動機構有齒輪，同步帶，螺旋傳動結構等。傳動結構中也可以采用間隙調整結構，減少向反向空回所產生的誤差。

手臂的平衡結構設置。為了達到平衡目的，平衡裝置通常采用彈簧平衡機，設備優點體現在成本低，可靠性高，效果好，結構較為簡單，維修工作也較為容易。

3 機械手的優勢與應用

機械手的作用突出，其特征也較為明顯。體現在工作方面，方案實施速度快，工作效率高，負載能力也較強，在移位方面具有較高精準性。基于以上這些優勢以，故障出現概率及頻率就會相應降低。

因此在機械手設計完成后，為了發揮出應有的效率，在應用過程中要保證其科學性。鑒于機械手壁通常都是直線式，并且有很大的鋼度。在實際運行過程中必須要保證其穩定性與安全性。可以考慮液壓驅動，依據液壓缸的驅動特征，突出其執行作用，從而將其控制難度降低。在管理控制方面可以使用計算機進行管理。除此之外，手臂在運轉過程中還要具有一定的自身控制要求。在結構設計方面不用將關注重點放在其長度上，而單純只依靠擴大液壓缸直徑來促使其鋼度提升，也無法有效滿足系統工作需要。針對此類問題。在設計過程中，可以考慮將導桿結構添加于其中，將導桿于小臂，與活塞一起形成三角形。三角形具有穩定性，通過其穩定性從而達到提升小臂鋼度性能的目標。在壁上同時也要安裝導桿，并且安裝數量要多于小臂，構成四邊形。所有的導桿都是空心樣式，避免大壁自身過重。從以上方面做好機械手的應用，為其技術能力更好的發揮奠定基礎。

4 結語

在社會經濟快速發展的同時，數控機床應用范圍也更加的寬廣，機械手在機械行業應用也正在趨于常態化。將其應用于數控機床要考慮到技術與經濟方面，保證安全性前提下，發揮其基最大的效用。

參考文獻

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（作者單位：中鐵十二局集團第三工程有限公司修造廠）