超聲波焊接中機(jī)械手探析

張先偉

（北京愛普橫川儀表有限公司，北京100000）

合理使用機(jī)械手，不僅對(duì)于我國(guó)的工業(yè)發(fā)展有著十分重要的意義，而且對(duì)于環(huán)境的保護(hù)也起著十分重要的作用。利用機(jī)械手，對(duì)于周邊的環(huán)境可以做出快速的反應(yīng)，并且根據(jù)實(shí)際情況，做出最為科學(xué)合理的判斷；除此之外，在較為復(fù)雜的環(huán)境之下，使用機(jī)械手也可以有效的避免由于環(huán)境的復(fù)雜性出現(xiàn)的問題，提高工業(yè)的處理效率，保障工業(yè)質(zhì)量。所以當(dāng)前各國(guó)在進(jìn)行發(fā)展的過程中，機(jī)械手越來越受到相關(guān)部門的重視，學(xué)習(xí)先進(jìn)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)我國(guó)機(jī)械手的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展。

1 機(jī)械手未來的發(fā)展意義以及趨勢(shì)

1.1 機(jī)械手發(fā)展的意義

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)以及國(guó)外的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，企業(yè)走向自動(dòng)化是必然趨勢(shì)。而機(jī)械手正是工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，會(huì)為企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟(jì)利益，可以減輕工人的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，從復(fù)雜有害的環(huán)境中釋放出來。（1）可以提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力；（2）提高技術(shù)的創(chuàng)新，推動(dòng)我國(guó)企業(yè)的發(fā)展；（3）提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，減輕人工的負(fù)擔(dān)。

表1 當(dāng)前機(jī)械手類別

1.2 機(jī)械手未來的發(fā)展趨勢(shì)

1.2.1 高級(jí)智能化，應(yīng)用廣泛化

隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手向著智能化發(fā)展，機(jī)械手會(huì)不斷學(xué)習(xí)相應(yīng)的專業(yè)知識(shí)，并且在面對(duì)故障問題的時(shí)候，可以選擇最優(yōu)化的解決措施，并且能夠有更強(qiáng)的適應(yīng)能力，作出科學(xué)化的反應(yīng)。另外在之后的發(fā)展過程中，機(jī)械手不再只是限制于工業(yè)生產(chǎn)的過程中，而是向社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域之中進(jìn)行服務(wù)[1]。機(jī)械手會(huì)在人類的生活以及工作中，廣泛的應(yīng)用，并且發(fā)揮出更加重要的作用。

圖1 幾種常見的回轉(zhuǎn)手臂結(jié)構(gòu)

1.2.2 產(chǎn)品微型化，高精度、可靠性較高

當(dāng)前機(jī)械手在不斷的發(fā)展過程中，逐步實(shí)現(xiàn)微型化發(fā)展，能夠代替人類進(jìn)入到無法觸及的領(lǐng)域，并且?guī)椭祟愡M(jìn)行相應(yīng)的微觀研究。而在科學(xué)的發(fā)展過程中，實(shí)現(xiàn)納米機(jī)械手已經(jīng)不再是遙遠(yuǎn)的夢(mèng)想。除此之外，由于在進(jìn)行機(jī)械手的發(fā)展過程中，人們對(duì)于機(jī)械手的要求不斷提高，不僅需要有高精度，還需要有高可靠性，來保障機(jī)械手在使用的過程中，可以得到更好的發(fā)展，確保居民生活以及工作上的需求。

2 機(jī)械手主要部件的運(yùn)動(dòng)

機(jī)械手在進(jìn)行一個(gè)完整的周期時(shí)，最主要的過程主要為以下四部分。第一，步進(jìn)電機(jī)會(huì)帶動(dòng)凸輪間歇分割器，將機(jī)械手的手臂進(jìn)行90°的旋轉(zhuǎn)，氣缸在收縮的時(shí)候，三個(gè)吸盤會(huì)同時(shí)進(jìn)行動(dòng)作，將成品的燈、燈蓋以及燈座進(jìn)行抓取。第二，氣缸伸長(zhǎng)之后，步進(jìn)電機(jī)會(huì)帶動(dòng)凸輪間歇分割器，將手臂旋轉(zhuǎn)90°，之后氣缸收縮，這時(shí)吸盤會(huì)進(jìn)行復(fù)位，燈會(huì)在傳送帶上，而燈蓋則在下模具上。第三，氣缸再次深長(zhǎng)，不僅電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)凸輪間歇分割器轉(zhuǎn)動(dòng)，手臂會(huì)旋轉(zhuǎn)90°后，氣缸進(jìn)行收縮，機(jī)械手臂上的吸盤復(fù)位，燈座會(huì)在下模具上，并且會(huì)和燈蓋進(jìn)行配合[3]。第四，氣缸出現(xiàn)第三次伸長(zhǎng)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)凸輪間歇分割器轉(zhuǎn)動(dòng)，手臂再次呈90°旋轉(zhuǎn)，超聲波焊接機(jī)上面的上模具會(huì)向下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，并且和下模具相貼合。在超聲波的高頻振動(dòng)之下，產(chǎn)生局部的高溫，并且加之上下模具的壓力，燈蓋會(huì)和燈座的接觸面出現(xiàn)迅速的融化，并且會(huì)將其融合在一起。而在上模具運(yùn)動(dòng)恢復(fù)到初始的情況下，機(jī)械手便會(huì)再次進(jìn)入到下一個(gè)的運(yùn)動(dòng)周期之中。

3 臂部設(shè)計(jì)

在進(jìn)行臂部設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要注意以下的幾點(diǎn)要求。第一，要有較大的剛度。只有將手臂的截面形狀進(jìn)行合理地選擇，才能保障臂部在運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn)較大的變形情況。由于工字形的截面剛度比較大，所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，主要是以工字鋼作為支撐板。第二，需要較高的導(dǎo)向性。在進(jìn)行臂部設(shè)計(jì)的時(shí)候，要做好導(dǎo)向設(shè)置，才能避免出現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，設(shè)計(jì)方形等形狀的臂桿。第三，重量較輕的臂部。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要盡可能的較小臂部進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的重量，來提高工業(yè)機(jī)器人在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度。第四，除了上述的三點(diǎn)之外，還需要有高穩(wěn)定性以及高精準(zhǔn)度。而當(dāng)前最經(jīng)常使用的臂部結(jié)構(gòu)有以下幾種。第一，直線手臂機(jī)構(gòu)：在當(dāng)前設(shè)計(jì)的過程中，主要有活塞氣缸，絲杠螺母機(jī)構(gòu)或者連桿機(jī)構(gòu)等等。而其中活塞氣缸具備體積較小，并且較輕的重量等優(yōu)勢(shì)，所以在設(shè)計(jì)中比較常用。第二，回轉(zhuǎn)手臂機(jī)構(gòu)：當(dāng)前常用的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有以下幾種：葉片式、齒輪式、活塞式、鏈條式以及連桿式幾種，見圖1（幾種常見的回轉(zhuǎn)手臂結(jié)構(gòu)）。

4 手爪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在工業(yè)上，經(jīng)常會(huì)選擇進(jìn)行抓取工作的手爪有真空吸盤、電磁鐵以及氣動(dòng)手指等設(shè)備。而在超聲波焊接過程之中，由于需要進(jìn)行抓取的工件主要為圓形的塑料片狀燈蓋、燈座以及成品燈，其表面為光滑的情況，并且重量比較輕，因此使用電磁鐵或者氣動(dòng)手指無法較好滿足超聲波焊接的要求，所以會(huì)將機(jī)械手的手爪為真空吸盤。真空吸盤是目前唱啊進(jìn)的一種氣動(dòng)執(zhí)行的原件，最主要的制作材料為丁腈橡膠，而真空吸盤進(jìn)行工作的具體原理如下。在真空吸盤上會(huì)有一個(gè)通氣孔。將氣管和真空發(fā)生器相連接時(shí)，吸盤工作表面會(huì)和需要提升到物料所相接觸。而真空發(fā)生器在工作時(shí)，真空吸盤的內(nèi)部氣壓會(huì)出現(xiàn)急劇下降的情況，使其比大氣壓更低，從而可以將需要提升到物料進(jìn)行牢牢的吸住，之后搬運(yùn)到所指定的位置之處。在物件到指定位置的時(shí)候，真空發(fā)生器會(huì)有所動(dòng)作，將氣體通入真空吸盤之中，而吸盤內(nèi)部的氣壓會(huì)有所增高，在比大氣壓稍大的時(shí)候，吸盤便會(huì)和物件想脫離，物件被放置到所指定的位置上，完成當(dāng)前的工作任務(wù)。

5 結(jié)論

現(xiàn)階段我國(guó)工業(yè)發(fā)展的過程中，絕大多數(shù)的企業(yè)仍舊是以人工或者半機(jī)械進(jìn)行處理，但是由于其存在著勞動(dòng)強(qiáng)度較大，并且其產(chǎn)生的垃圾以及噪音也十分大，安全系數(shù)較低等問題，導(dǎo)致在進(jìn)行招工的情況下，出現(xiàn)了招工難的情況發(fā)生，從而導(dǎo)致我國(guó)工業(yè)的發(fā)展受到了阻礙，使行業(yè)在智能化以及安全性的發(fā)展滯緩。這使得我國(guó)機(jī)械手在工業(yè)發(fā)展的作用便逐步提高，從而導(dǎo)致企業(yè)需要加強(qiáng)對(duì)于如何進(jìn)行機(jī)械手的設(shè)計(jì)，完善其自身的優(yōu)勢(shì)，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)我國(guó)工業(yè)的發(fā)展有著十分重要的作用。