數控機床上下料機械手的機械結構設計

（天津國際鐵工焊接裝備有限公司，天津 300385）

數控機床上下料機械手的機械結構設計

史桂福

（天津國際鐵工焊接裝備有限公司，天津 300385）

機械手設計是上下料開工中最為重要的技術環節，直接關系著數控機床的運行質量和數控機床運轉的效率。所以，在數控機床上下料機械手設計中，必須掌握機械的運行特點，設計好上下料機械手的機械結構設計流程，充分的融合到機床運行中，使各個架構之間更加緊湊，節約工件輸送裝置。本文通過對數控機床上下料機械手發展現狀和優勢進行分析，闡述了上下料機械手設計的具體流程。

數控機床；上下料機械手；機械結構設計

1 數控機床上下料機械手發展意義

首先，上下料機械手是數控機床科學化、模塊化和可重構化項目發展的前提條件，能夠對數據進行有效的分析和進行綜合處理。其次，數控機床上下料機械手是一種現代化的操作手段，它主要是PC 機開放型控制器的運維方向，可以有效的提高機床整體的操作效率和水平。同時，它具有較強的集成性，能夠加強系統安全性能的管理和控制，從而達到最優效果。另外，可以對數據進行整合，實現機床的網絡化和標準化控制。最后，數控機床上下料機械手設備中的傳感器在整體設備中發揮著重要的作用，使得相對應的速度參數得到了不斷的優化，而在焊接和裝配方向能夠實現集中處理和綜合管理控制，更加提升了設備的仿真效果和動態運行的優化。

2 機械手的主要優勢和運用

數控機床上下料機械手具有很多優勢，在機械運行中起到關鍵的作用。機械手在實施過程中，具有較快的速度，工作效率高，具有很強的負載能力。同時，在進行移位時，也具有很好的精準性，在很大程度上減低了故障發生率，其優勢非常明顯。當前，機械手已經得到了廣泛的應用，特別在DK050機床上的成功應用，大大提高了數控機床的工作效率，也是數控機床柔性輸送方面的巨大創新。隨著制造業的快速發展，機械手將會得到不斷的完善和發展，并更加廣泛的應用到制造業中，在最短的時間內創造出最大的工作效率，有利于企業獲得更多的經濟效益。

3 上下機械手手爪架構的流程設計

數控機床上下料機械手存在多種類型，在實際操作中，必須根據數控機床實際作業和裝置情況進行嚴格選擇，針對不同的操作要求，選擇與之相適應的機械手。最為常見的機械手包括三種，分別為測量式手抓，搬用式手抓和加工式手抓，這幾種機械手存在很多差異，也有自己相應的用途。在機械式手抓設計和使用中必須符合每種樣式具體的使用要求，遵循相應的原則進行施工，在符合它運轉和作用具體要求下進行合理的設計和開發，如圖1。

圖1 機械手末端執行手抓結構圖

為了減少它和萬能手抓出現矛盾，必須將設計建立在工業應用基礎之上，并將機械手的設計作為整體工作的重點，不斷對它的工作職能進行完善和得到充分的發揮。同時，機械手抓架構不僅要有特殊的用途，也要具有其他手抓都具有的特征，從而滿足各種機械手的需要。另外，需要安裝一個標準的機械接口來配合末端執行器的正常工作，從而實現執行過程的標準化。而搬用式手抓屬于夾持裝置，它存在多種類型，它主要是用來抓取和搬運物體。加工式手抓屬于機械手上的一種附加設備，它的機身存在焊槍和鐵刀等工具，它的功能是進行加工作業。在上下料機械手設計時，必須弄清楚它的用途，與實際機床作業內容相結合，充分發揮它的作用，提高工作效率。

4 數控機床上下料機械手機械結構的結構設計流程

在實際工作中，數控機床存在很多不同的運維機制和技術特征，這就要求需要有不同種類的上下料機械手與之相匹配，而技術人員需要及時對操作過程中產生的信息和運維特征進行收集和分析。而其中，對于技術運行參數模型，需要與各種類型機械手中的差異元件建構進行不同的處理模型設計，從而實現其真正的作用。在整體的機械機構設計和應用過程中，必須以數控機床的實際運行系統和工作特征為基礎，不斷加強設計流程的完整度，也要加強設計維度的有效性，對于不同的機械問題實現系統處理，從而達到運維結構設計的高效處理結果。

（1）數控機床上下料機械手機械結構動態結構設計。在進行數控機床上下料機械手結構設計時，必須嚴格按照設計原則和施工方式，對它的動態模型和設計流程進行集中處理，從而滿足相應技術的管理和控制需求，實現萬能手抓和機械式手抓既相對獨立，又相互合作，促進整體的操作流程與標準設計相適應。數控機床上下料機械手設計工作者在進行設計時，必須以設計結構和項目運行機制的基本設計為前提，與機械設計過程相結合，不斷實現工作職能的優化，為設計流程提供更多的數據信息支持。同時，在整體的機械手機械結構設計中，需要對每種要求進行細化分析和處理，并選擇與之相適應的機械接口，詳細的分析機械結構的執行過程和特征，保證機械設備的高效運行。首先，搬用式手抓方式，它在夾持物品時不會受到限制，能夠及時的抓取和搬運物體，具有很高的實用價值。其次，加工式手抓建立在運維系統基礎之上，不斷對運維效果進行提升，與機械結構設計流程相結合，實現動態結構的設計，從而提高工作效率和整體質量。

（2）數控機床上下料機械手機械結構設計方案具體應用。數控機床上下料機械手不僅要具有完善的設計流程，同時也要滿足實際運行要求，與實際機械運行相匹配。通常來說，機械手手臂一般以直線式存在，并存在很強的剛性，這就對運動過程中的穩定性和安全性提出了更高的要求。所以，在實際數控機床運行過程中，可以選擇液壓驅動的方式進行運轉，使用計算機進行集中管理，依據液壓缸的直接性驅動特征，對其進行功能執行，從而控制操作難度。因此，機械手手臂在實際操作中，需要根據自身的控制要求，在進行結構設計時，不能只偏重于手臂的長度，如果只靠使用加大液壓缸的直徑來提高手臂的剛度，不足以滿足系統的需要，這就體現出了設計中的問題。根據這種情況，在實際設計中，可以通過添加導桿機構，并在小臂上安裝兩個導桿，使其與活塞桿形成一個三角形，這就加大了結構的穩定性，從而提高小臂的剛度。另外，可以在大臂上安裝四個導桿，形成一個四邊形，并要使各個導桿保持空心的狀態，以減少大臂的總體重量。而機械手的手腕是在操作機的最末端，與手抓相連接的部分，在設計時必須保持手腕的自由度和靈活性。所以，為了保證手腕的傳遞和運動的連貫性，強度和剛度，必須設置可靠的傳動間隙調整機構，以降低空回間隙，使傳動精度有所提高（如圖2）。只有將機械手的機械結構設計流程進行科學化的設計，并與實際操作和需要相結合，充分發揮出機械手的作用，從而提高整體的控制效果和工作效率。

圖2 手腕（手臂、手爪連接梁）結構示意圖

在數控機床加工生產上下料時，手腕位置通過直線往復運動來完成，一般水平行程為400mm，而垂直的行程為100mm，而回轉運動都是通過電機驅動機械手部分來完成。這種設計使機械手的結構得到了優化，更有利于實際應用。

5 結語

綜上所述，數控機床機械結構設計是一項復雜的，綜合性較強的設計工作。隨著科學技術的快速發展，數控機床的使用范圍和運行結構也在發生巨大的變化。對數控機床上下料機械手的機械結構進行科學的設計，優化機械結構運行參數，可以有效達到工作效率和質量的雙向優化。同時，工作人員必須不斷提高自身的業務能力，根據數控機床的實際情況，制定穩健的運行機制和統籌管理控制計劃，將先進的科學技術融入其中，充分發揮機械手的優勢，使施工工件運行時間達到最優，從而促進機械工藝的科學化發展。

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