機床機械桁架機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

王 娟

（徐州機電技師學(xué)院，徐州 221131）

隨著時代的不斷發(fā)展，我國經(jīng)濟效益不斷提高，國內(nèi)基礎(chǔ)勞動力市場價格呈現(xiàn)增長趨勢，使得自動化生產(chǎn)技術(shù)得到相對穩(wěn)定的發(fā)展。數(shù)控機床設(shè)備市場銷售環(huán)境嚴(yán)峻，促使企業(yè)各部門對生產(chǎn)技術(shù)設(shè)備的需求量增加。通過單一化的機械加工技術(shù)制造相應(yīng)的產(chǎn)品，將機械手結(jié)構(gòu)應(yīng)用于簡單化的機械產(chǎn)品制造環(huán)境，不僅可以減少經(jīng)濟成本投入，而且可以提高生產(chǎn)加工技術(shù)的推進效率。

1 機床機械桁架機械手結(jié)構(gòu)分析

1.1 橫梁組件

橫梁是機械組件傳輸?shù)闹饕ǖ馈Ｆ髽I(yè)通常采用鋁合金和鋼材料創(chuàng)建橫梁，而部分規(guī)格較小的零件通過鋁合金材料制作成立柱。由于鋼結(jié)構(gòu)制作具有成本低、剛性好的優(yōu)點，部分零件會選用鋼結(jié)構(gòu)作為首選的制作材料。鋁合金橫梁具有結(jié)構(gòu)質(zhì)量相對較強、安裝簡便以及運輸方便的特點，在外形方面比其他材料優(yōu)勢明顯。由于鋁合金橫梁價格相對較高，若企業(yè)需大量采購，會制約其他方面的生產(chǎn)。就性價比而言，鋼結(jié)構(gòu)材料制作的橫梁更有優(yōu)勢[1]。

1.2 立柱組件

立柱組件可以作為整個結(jié)構(gòu)的支撐條件，保證機床機械桁架能夠在制造工程中穩(wěn)定運行，使其在運轉(zhuǎn)過程中不易產(chǎn)生噪聲和振動，比一般單機自動化設(shè)備更加穩(wěn)定。運用雙立柱結(jié)構(gòu)的方式，確認在機械手臂運行過程中的支撐點，促使該點工件的安裝操作更加簡便，降低外界因素的影響。工作人員僅需運用多機連線方式，運用2n-1的立柱結(jié)構(gòu)操作，就可執(zhí)行內(nèi)部構(gòu)件的固定操作。在此背景下，立柱結(jié)構(gòu)主要以鋼結(jié)構(gòu)或鋁合金結(jié)構(gòu)為主[2]。

1.3 潤滑組件

桁架機械手通常實際行程較長，且具有較高的運行速度，但若潤滑效果不佳，會對周邊環(huán)境造成較大污染。在選擇潤滑組件時，工作人員利用480號高黏度油脂潤滑油完成操作。工作人員將潤滑油裝進自動潤滑泵，以實現(xiàn)對導(dǎo)軌的自動潤滑。

1.4 內(nèi)控組件

要想桁架機械手能夠正常運轉(zhuǎn)，需重視內(nèi)控組件。為避免設(shè)備運行過程中出現(xiàn)故障，工作人員可通過增加部件可靠性的方式，運用航空連接器實現(xiàn)與電氣部件的銜接，促使順利開焊，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行，如限位設(shè)計、系統(tǒng)安裝保險、零返回延遲以及零位開關(guān)的控制操作[3]。

1.5 直線運動組件

如需組成機械桁架，需運用相應(yīng)的搭配方式，順利應(yīng)用導(dǎo)軌技術(shù)組件，保證V形導(dǎo)軌技術(shù)可以應(yīng)用于系統(tǒng)。若此時直線導(dǎo)軌的行駛速度為120.00 m·min-1，則在高速機械桁架技術(shù)結(jié)構(gòu)中難免會出現(xiàn)滑塊組件脫離問題。為保證機械手結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定運行，可通過V形導(dǎo)向系統(tǒng)運行方式替代傳統(tǒng)設(shè)備，使驅(qū)動組件能夠保證設(shè)備可以維持水平線速度，促使驅(qū)動技術(shù)能夠應(yīng)用于導(dǎo)軌滾動操作環(huán)節(jié)，發(fā)揮其較強的方程功能，降低組件安裝的操作難度，使得V形導(dǎo)向系統(tǒng)可以順利安裝在4個滑塊上方，保證線性導(dǎo)件與球組件之間的相互連接[4]。

1.6 驅(qū)動組件

在數(shù)控機床內(nèi)，機械桁架作為重要的組成部分，不僅需要齒輪減速箱和電機設(shè)備相互配合，還需要應(yīng)用驅(qū)動技術(shù)，保證帶傳動結(jié)構(gòu)能夠順利運行。部分機床內(nèi)部的機械桁架的行駛速度可以控制在60～170 m·min-1，確保絲杠轉(zhuǎn)動工作順利開展，以滿足機械桁架的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)要求，保證電機設(shè)備可以與齒輪齒條組件相互銜接，滿足高精度要求，促使技術(shù)進度被規(guī)劃在0.06 mm以內(nèi)[5]。

2 機床機械桁架機械手結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計方式

2.1 確認機械手結(jié)構(gòu)的技術(shù)參數(shù)

為確認機械手結(jié)構(gòu)的參數(shù)，可從手臂運動參數(shù)和設(shè)計技術(shù)參數(shù)兩方面入手。手臂運動參數(shù)的夾緊行程應(yīng)為27 mm，夾緊速度為0.054 m·s-1。經(jīng)計算，伸縮行程為60 mm，實際伸縮速度為0.06 m·s-1。通過旋轉(zhuǎn)范圍的確認，其旋轉(zhuǎn)角度控制在0°～90°。這樣實際旋轉(zhuǎn)速度為45 °/s，同時手指夾持的范圍為60～80 mm。在機械手結(jié)構(gòu)手臂運動過程中需做好液壓緩沖操作或運用液壓驅(qū)動的手段實現(xiàn)對手臂運動狀態(tài)的控制。若設(shè)計技術(shù)參數(shù)，可確認機械手結(jié)構(gòu)的自由、抓重、工件，將手臂夾持的工作最大長度規(guī)劃為529 mm，即可實現(xiàn)對機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)參數(shù)的確認。

2.2 掌握機械手的基本結(jié)構(gòu)形態(tài)

機械手桁架操縱器主要起到運輸作用，不僅可以保證裝卸導(dǎo)軌和機床之間可以互相銜接移動，還可以拿走機床上的一部分零件放置于其他機械設(shè)備，使得機械手可通過抬起動作移動設(shè)備組件。機械手的形狀構(gòu)造環(huán)節(jié)方案很多，有助于技術(shù)人員實現(xiàn)對機械手的控制[6]。

例如：機械自鎖式抓爪。設(shè)計人員廣泛應(yīng)用此種結(jié)構(gòu)，但由于操作流程相對復(fù)雜，在運行過程中會出現(xiàn)零件掉落問題。為避免該問題出現(xiàn)，設(shè)計人員會運用夾持件實現(xiàn)設(shè)備的自鎖。在連接桿夾爪中，可以通過機械連桿結(jié)構(gòu)執(zhí)行釋放夾持器與其進行銜接操作，更加方便地應(yīng)用或攜帶機械夾爪，利用齒輪進行傳動，保證技術(shù)人員可以控制機械手的關(guān)閉和打開，突破速度方面的難題。

若機械手采用連桿杠桿式手部，可在需要夾持的區(qū)域運用夾鉗，通過液壓缸進行驅(qū)動，使T形桿能夠自由伸縮，保證手指的張開與閉合過程不存在問題。在確認機械手完全放松或收緊后，可利用液壓缸進行驅(qū)動，將整個機械手擺放于套筒，促使其可以進行豎直的平面選裝，確保工件的上下料操作順利實施。這樣可以根據(jù)機械手的特有形態(tài)確認其自由度，保證工件可以在其上方旋轉(zhuǎn)，確保機械手在應(yīng)用過程中不會出現(xiàn)問題。

2.3 重視機械手爪技術(shù)組件應(yīng)用

機械手爪技術(shù)可以運用于數(shù)控機床加工處理的各個環(huán)節(jié)，使工作人員可以區(qū)分不同工件間的差異，執(zhí)行裝載和拆卸工作。機械手爪技術(shù)在組件應(yīng)用方面可分為搬運式機械手爪、測算式機械手爪以及加工式機械手爪。實際操作環(huán)節(jié)，工作人員可結(jié)合數(shù)控機床的操作方式，將數(shù)據(jù)參數(shù)應(yīng)用于機械手爪，保證數(shù)控機床設(shè)備能夠在正常運行過程中完成各項操作。

根據(jù)機械手爪的運行方式，增加形狀小巧組件結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。通過控制機械手自由度，保證工件能夠與機械手在同一平面內(nèi)應(yīng)用，采用數(shù)控機床操控夾鉗式，可以保證機械手臂的運行狀態(tài)滿足程序要求。利用點陣式組合方式，使其可以在液壓缸的驅(qū)動下完成對應(yīng)的閉合和伸張操作。通過夾緊與放松保證工件在該平面的應(yīng)用，有助于驅(qū)動手臂的伸縮，實現(xiàn)各類結(jié)構(gòu)聯(lián)動，如圖1所示。通過數(shù)控機床、機械手臂以及點陣式料倉之間的相互配合，保證機械手爪的設(shè)計工作正常開展。若此時機械手爪出現(xiàn)故障問題，需相關(guān)人員在最短時間內(nèi)維修，保證技術(shù)控制指導(dǎo)工作的契合度，健全考量設(shè)計工作，保證企業(yè)能夠根據(jù)運行成本控制機械手爪。

圖1 機械手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計

通過各類結(jié)構(gòu)聯(lián)動方式，保證機械手爪安裝工作能夠正常運行。賦予機械手爪相應(yīng)的夾緊力，保證在正常運行過程中不會對施工人員以及周邊設(shè)備室安全造成影響。運用彈簧與其結(jié)合的方式，可使機械手爪技術(shù)組件適用于各個區(qū)域。

2.3 明確機械手腕組件結(jié)構(gòu)

機械手腕組件被設(shè)置在末端區(qū)域，可以實現(xiàn)機械手爪和機械手臂的連接。在完成手部設(shè)計后，可計算手部的夾緊力，保證機械手的工藝和設(shè)計要求滿足運行，確認其中的動載系數(shù)，明確機械手腕組件結(jié)構(gòu)。

首先，機械手腕組件的設(shè)置參數(shù)相對較小且具有較輕的質(zhì)量參數(shù)，可以保證設(shè)計工作在運行過程中能夠遵循機械手的行駛方式，增加機械手腕組件在應(yīng)用環(huán)節(jié)的自由度，如圖2所示。

圖2 機械手腕組件的設(shè)計

其次，機械手腕靈活度較高，不僅可以改善機械手腕的運行狀態(tài)，還可以保證技術(shù)工作流程的穩(wěn)定性。若機械手腕組件實際性能超過工作上限，則會損壞。因此，可結(jié)合關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動方式，控制設(shè)置限位開關(guān)，增加數(shù)控機床的精準(zhǔn)度，以免在機械手腕組件設(shè)計環(huán)節(jié)出現(xiàn)過于復(fù)雜的問題。

最后，為保證桁架上設(shè)計機械手的正常運行，可增加機械手負載能力方面的考慮，保證在實際運行過程中可以快速控制機械設(shè)備的運行方式，使得機械手腕具有相應(yīng)的承載能力，能夠完成機械桁架方面的結(jié)構(gòu)控制室操作，保證操縱器能夠執(zhí)行線性運動，促使在手臂設(shè)計環(huán)節(jié)，工作人員可以通過汽缸的選擇實現(xiàn)對驅(qū)動臂的直接控制，保證機械手圓柱體正常運行，促使圓柱體直徑可以被控制在合理運行區(qū)域。

3 結(jié)語

為保證機械制造產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，應(yīng)增加對機械手臂技術(shù)的關(guān)注，加強機床機械桁架機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計，運用現(xiàn)代化的施工理念完成精密機床的加工操作。若未落實到位，勢必會制約機械制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。為保證國內(nèi)多數(shù)數(shù)控機床生產(chǎn)企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，需加大自動化生產(chǎn)線內(nèi)資金的投入比例，促使機械手臂技術(shù)能夠適用于企業(yè)的生產(chǎn)制造區(qū)域，增加機械運行環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性，使得產(chǎn)品能夠被銷售市場所接納。