高速機械手臂在自動化生產中的應用

陳飛

摘 要：傳統的機械加工都是采用人工上下料，隨著科學技術的飛躍發展，一些行業的零部件已采用專業化生產。大量的組合機床、非標專機應用而生。在其生產過程中使用機械手臂進行上下料.尤其對熱鍛產品的取放（高熱、較重），大大地提高了生產效率和安全性，同時降低了勞動成本，產品質量也得到保證。本文介紹的一種高速機械手臂克服了以往機械手臂存在的不足之處。移動過程穩定可靠、取放位置準確.為專業化生產提供了可靠的保證。

關鍵詞：機械加工;科學技術;生產效率;勞動成本

引言：高速機械手臂是以馬達驅動實現三維空間移動，完成對加工對象的取放。這種新型的機械手臂相對運動精度高、速度快。對取放位置的精確度都提出了較高的要求。以往機械手臂大多存在因構件多致使整體的重量頗重，運動中容易產生晃動，速度快容易定位不準，造成機械手臂在移動時無法保證共穩定性。從而造成加工對象取放位置的精確度偏差，致使加工后的零件質量出提偏差。

技術方案：為保證該高速機械手臂在馬達驅動后實現三維空間移動，達到對加工對象的取放，同時對以往機械手臂在應用中存在不足之處的克服。本高速機械手臂由升降單元、旋動單元、取放單元及升降臺等組成。每個單元的動作可獨立也可聯合。

動作：

1.升降單元解決的移動為裝載臺的上下移動

2.旋動單元可實現機械手臂前后、旋轉移動

3.取放單元可實施對加工對象的取放

4.旋轉修正單元實現對零件擺放角度的調整

結構形式：

升降單元20在機架10相對兩側，裝有三根直線導軌，在絲桿22兩側各裝一根直線導軌，這三根直線導軌是垂直方向狀態。當電機驅動時（23）由齒形帶輪帶動絲桿22轉動，連接安裝板31的絲桿螺母帶動整個升降臺上下作垂直運動，從三根直線導軌布局可以看出，單獨一根絲桿導軌21固定在機架10上.起到平衡整個升降單元中件30.31.32的作用，裝配時必須保證三根直線導軌的側母線和上平面的平行度控制在設計要求之內。

旋轉40裝在裝載臺30上的件32 軸座上頂部，且以一旋臂驅動馬達帶動旋轉單元40的旋轉臂41作旋擺運動，旋轉臂40上裝一滑臺裝置，該滑臺裝置由驅動電機47帶動絲桿46轉動，再由連接在滑板上的絲桿螺母帶動滑板43前后移動。整個旋轉單元40的水平擺動由連接后軸座32上旋轉臂41且以一旋臂驅動馬達42帶動旋轉臂41旋擺達到水平擺動的目的。

取放單元50。包括一旋轉缸和一個夾缸.旋轉缸51裝在移動滑臺43的最前端.取放單元50以旋轉缸51作為支撐主體，該支撐體固定在底座511上.且旋轉缸51的外側安裝夾缸52，通過夾缸52與夾爪521之間的活動連接，旋轉缸51下端位置安裝有調整馬達53，根據產品要求擺放角度方向，自動調整。

通過滑動臺43沿旋轉臂41的長度方向滑移，取放單元50隨滑臺43的滑移到達取放位量.取放單元50通過底座511微幅的水平擺動。以夾瓜521抓取工件再由旋臂驅動馬達42帶動旋臂41由左向右旋擺九十度。在絲桿22動作下，整個滑座31向下移動，到達機床夾爪位置，放下工件。

平衡裝置411，由于旋轉臂41上的滑臺將取放裝置50移動至整個高速機械手臂的最前端，為保證整個機床的平衡特別是取放裝置處于最前端時，平衡放在旋轉臂41的尾端裝有平衡裝置411

手臂動作過程：

升降單元20是在機架10相對的兩側有三個滑軌21，這三個滑軌21是在機架10內且呈縱向設置，裝載臺30是在機架10相對的兩側滑軌安裝座上，通過驅動馬達23作動時，第一導螺桿22可被載臺驅動馬達23帶動而旋轉，第一螺帽311隨第一導螺桿22的旋轉而帶動滑座31進行升降的動作，裝載臺30則可隨滑座31而上升或下降，裝載臺30有一軸座32，而旋動單元40有一旋轉臂41，此旋轉臂41是安裝在軸座32上，旋轉臂41以軸座32為中心而相對于裝載臺30水平旋擺，旋轉臂41的水平旋擺是由一旋臂驅動馬達42帶動所致，旋轉臂41上設有一滑動臺43，此滑動臺43可以沿著旋轉臂41的長度方向滑移，此外，旋轉臂41在異于滑動臺43的一側有一配重件411，滑動臺43通過第二導螺桿46，呈橫向設置，第二導螺桿46可由滑臺驅動馬達47帶動而旋轉，此時第二螺帽45隨第二導螺桿46旋轉而帶動滑動臺43沿著旋轉臂41的長度方向滑移，取放單元50是設在滑動臺43上，此取放單元50隨滑動臺43的滑移而可相對靠近機架10，或可相對遠離機架10，因此，藉由滑動臺43在旋轉臂41上可滑移的設置，而使取放單元50可移至旋轉臂41長度以外的位置，讓取放單元50取放對象的范圍更廣，取放單元50包括一翻轉缸51和一夾缸52，翻轉缸51是設在滑動臺43的一端，夾缸52軸接在翻轉缸51，夾缸52兩個夾爪521，翻轉缸51可帶動夾缸52沿一夾缸52軸心方向轉動，并由夾缸52以其兩個夾爪521夾取對象，或是松放對象，此外，翻轉缸51在夾缸52的相反側設有一底座511，底座511在滑動臺43的一端軸接一調整馬達53，調整馬達53帶動底座511沿一垂直軸向轉動，且連動翻轉缸51呈水平擺動，調整馬達53，可帶動翻轉缸51水平擺動的較佳范圍以向左右兩側分別擺動120度為最大角度，藉此可將所取放的對象分別往兩側方向分別旋轉120度，以適應所取的對象不同角度的取放要求，由此可知，旋轉臂41是能以大角度的方式旋擺，而可快速地將取放單元50所取的對象高速位移，而當旋轉臂41定位而需要微調取放單元50的位置時，則不須再由旋轉臂41擺動，僅須由調整馬達53帶動底座511水平擺動，以利于對象取放作業的順暢，如上，旋動單元40的旋轉臂41，可藉由旋臂驅動馬達42帶動而進行旋擺的動作，并可藉由滑動臺43沿著旋轉臂41的長度方向滑移至欲取放的對象的位置，同時，藉由載臺驅動馬達23帶動第一導螺桿22旋轉，帶動滑座31進行上升或下降的動作，裝載臺30則可隨滑座31而上升或下降，而設于裝載臺30的旋轉臂41可在旋擺以及滑動臺43滑移的過程中同時隨裝載臺30升降，令取放單元50所取的對象能高速位移至定點放置。依次可實現上下運動，旋轉運動，前后運動，翻轉運動，取放動作，以及角度修正。

結論：該高速機械手臂的應用，大大提高了設備自動化程度提高了勞動生產率，降低了生產成本，手臂結構簡單，布局合理緊湊，占用空間面積小，這種自動上下料的高速機械手臂經使用，動作可靠，取放精度高。在組合機床，專用設備，尤其鍛造行業，專業化生產線必將得到廣泛使用。

（南京鴻杰機電科技有限公司，江蘇 南京 210000）