超聲波焊接中機械手探析

（深圳日力高周超聲設備有限公司，廣東深圳 518110）

0 引言

機械手的合理使用不僅對超聲波焊接工藝的進步具有重要的影響，對我國的工業發展同樣具有十分重要的意義，而且其對環境保護也起著非常重要的作用。機械手可以迅速對周圍的環境作出相應的反應，機械手還可以根據實際的情況進行科學合理的評價和正確的調整。機械手的應用十分廣泛，在比較復雜的環境中使用機械手還可以有效地避免由于環境的復雜性而產生的各種問題。

1 機械手發展的重要性及趨勢

1.1 機械手發展的重要性

隨著經濟的快速發展，國內外市場競爭日益激烈，企業對于自動化的追求是一種不可避免的趨勢。機械手是工業自動化發展的具體體現，通過對機械手的使用可以為企業的工作效益進行大幅度地提高，為企業帶來更多的經濟效益，還可以減輕操作人員在復雜和有害環境中的工作量。同時機械手的使用還對技術創新具有一定的促進作用，機械手在工業中的應用不僅可以推動我國科學技術的發展，還可以促進工業技術的進步。機械手因其特點不同可分為不同的種類，每一種類型的機械手都有著十分重要的應用：第一種類型的機械手為水平關節型機械手。這種類型的機械手大多和其他形式的機械手進行組合使用，通過組合使用可以大幅度提高機械手的工作效率，而且應用范圍很廣，能夠進行大多數的工作，水平關節型機械手還有著價格低廉的優勢，十分適合中小企業使用，但是在使用過程中往往會因為自身結構而受到許多操作上的限制。第二種類型的機械手為多自由度機械手。這種類型的機械手在實際應用中需要確定一定的工作范圍，并且要給予一定的抓手，在實際應用中比較廣泛，但是其價格比水平關節型機械手更高。也正是因為這樣的特點，多自由度機械手雖然應用較為廣泛，但是工作內容卻比較單一，并且多自由度機械手通常在大型企業中應用較多。第三種類型的機械手為復合型機械手[1]。

1.2 機械手的發展趨勢

（1）加強智能化建設，促進更為廣泛的應用。基于經濟技術的高速發展，機械手正逐漸向智能化方向快速地進行發展。通過對機械手的使用，機械手可以實現不斷學習相關的專業知識，當在工作的過程中遇到問題時，能夠以最快的速度選擇最優解，這樣的特點使機械手的發展十分迅速，而且機械手還具有較強的適應性和科學反應能力。在機械手得到高速發展的現階段，機械手不再局限只能在工業生產過程中進行使用，不僅可以同時應用于社會不同領域的工作中，而且可以在后續的發展過程中繼續發揮作用。機械手正越來越廣泛地存在于人類的生活和工作中，占據著越來越重要的地位，我們應該加強對機械手的關注與研究，使機械手可以盡快應用在超聲波焊接的工作中。

（2）產品微型化，體現更高的精度和可靠性。在機械手不斷發展的過程中，其正逐步實現微型化的發展，在人類不可觸及的領域代替人們進行操作，幫助人們開展相關的微觀研究。機械手的微型化不僅提高了機械手應用的范圍，還對機械手提出了更高的要求。微型化的機械手十分利于在超聲波焊接中進行精密的工作，這也引起了許多學者的研究。基于科學的發展，納米機械手的設計將不再是一個夢想，超聲波焊接工作中如果可以使用機械手技術，那么整個超聲波焊接工作的效率和工作質量都將得到飛躍性的提高。

2 超聲波焊接中機械手主要部件的運動

機械手在超聲波焊接的實際應用中是處在一個完整循環周期過程中的，主要是由以下四個部分組成：

第一部分，凸輪間歇分割器經由步進電機的帶動作用，對機械臂進行90°的旋轉。同時氣會進行缸收縮，三個吸盤將同時工作，以抓取成品燈、燈蓋和燈座。

第二部分，在氣缸伸長之后，步進電機將再次帶動凸輪間歇分割器，將機械臂再一次轉動90°，然后氣缸會發生收縮。此時的真空吸盤將進行復位運動，燈將位于傳送帶上，而燈罩將位于下模具上。

第三部分，在此階段氣缸將會再一次進行伸長，凸輪間歇分割器經由步進電機帶動，促使機械臂再次轉動90°，此時氣缸會進行收縮，機械臂上的吸盤會復位，燈座會在下模具上，同時會與燈蓋配合工作。

第四部分，在此階段氣缸會第三次進行伸長，步進電機驅動凸輪間歇分割器旋轉，機械臂會再一次呈90°旋轉。此時超聲波焊機上的上模具會進行一定程度的下移與下模具配合，最終呈現兩者貼合的狀態[2]。

3 臂部設計

在對機械手臂部的設計過程中，機械手的臂部需要滿足嚴格的要求。具體要求如下：首先臂部應具有較大的剛度，只有滿足剛度的需求才可以進行更為精細的操作。對手臂部分的橫截面形狀進行科學合理的選擇時，才能保證其在操作過程中既能完成相應的動作要求，又可以更好地防止發生變形等現象。在通常情況下，工字形截面的剛度較大，正因為這樣的特性，在機械臂部的設計中主要采用工字鋼作為支撐板，來滿足機械手對于剛度的需求。其次臂部需要具有較高的導向性。在機械臂部的構造過程中，要做好對機械手臂部的導向設置，通過這樣的方式來避免使用過程中出現直線運動的現象。在對機械臂部的設計中應盡量使重量較輕。在結構上應盡量減輕手臂的重量，將自身重量對機械臂運動速度的影響降到最低，降低由于重量原因對機械手臂部精準度的影響[3]。

4 手爪的結構設計

在工業上，最常使用的進行抓取的手爪包括真空吸盤、電磁鐵和氣動手指等。在超聲波焊接過程中，由于抓取的東西主要是塑料片狀燈蓋、燈座和成品燈，與其他被抓取物相比其表面光滑，重量相對較輕，使用電磁鐵或氣動手指無法滿足超聲波焊接的要求，因此超聲波焊接機械臂的手爪通常采用真空吸盤。真空吸盤是現階段最常見的一種氣動執行原件，其主要材料是丁腈橡膠。真空吸盤的具體工作原理是：在真空吸盤的上部會有一個通氣孔，一旦將氣管連接到真空發生器上，吸盤的工作面就會接觸到要提升的物料。真空發生器在工作時，真空吸盤的內部壓力會顯著降低，使其低于大氣壓，產生一定的力將吸附的物料提起，然后運送到指定的位置。當物體到達預定位置時，真空發生器會將氣體送入吸盤，吸盤內的氣壓升高，當壓力略高于大氣壓時，吸盤就會與物料分離，將物體放在指定的位置，完成相應的任務。

5 結論

我國工業目前仍處于發展階段，絕大多數企業仍然是用手工或半機械化進行生產，員工的勞動強度大，同時還存在著對物料的浪費大、噪音大、安全系數低等問題，使得企業在招聘時很難招到工人，導致了我國工業的發展受到限制，阻礙了工業在智能化和安全性方面的發展。通過機械手的有效應用，能有效避免這些問題的出現，機械手在工業發展中的作用將逐步提高，相關企業需要加強對機械手的設計的重視，提高自身的優勢，這對實現我國的工業的快速發展具有非常重要的作用。