（天津國際鐵工焊接裝備有限公司，天津 300385）

數(shù)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(huán)節(jié)，直接關系著數(shù)控機床的運行質量和數(shù)控機床運轉的效率。所以，在數(shù)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(jié)約工件輸送裝置。本文通過對數(shù)控機床上下料機械手發(fā)展現(xiàn)狀和優(yōu)勢進行分析，闡述了上下料機械手設計的具體流程。

數(shù)控機床；上下料機械手；機械結構設計

1 數(shù)控機床上下料機械手發(fā)展意義

首先，上下料機械手是數(shù)控機床科學化、模塊化和可重構化項目發(fā)展的前提條件，能夠對數(shù)據(jù)進行有效的分析和進行綜合處理。其次，數(shù)控機床上下料機械手是一種現(xiàn)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(tǒng)安全性能的管理和控制，從而達到最優(yōu)效果。另外，可以對數(shù)據(jù)進行整合，實現(xiàn)機床的網(wǎng)絡化和標準化控制。最后，數(shù)控機床上下料機械手設備中的傳感器在整體設備中發(fā)揮著重要的作用，使得相對應的速度參數(shù)得到了不斷的優(yōu)化，而在焊接和裝配方向能夠實現(xiàn)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(tài)運行的優(yōu)化。

2 機械手的主要優(yōu)勢和運用

數(shù)控機床上下料機械手具有很多優(yōu)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(fā)生率，其優(yōu)勢非常明顯。當前，機械手已經(jīng)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(shù)控機床的工作效率，也是數(shù)控機床柔性輸送方面的巨大創(chuàng)新。隨著制造業(yè)的快速發(fā)展，機械手將會得到不斷的完善和發(fā)展，并更加廣泛的應用到制造業(yè)中，在最短的時間內(nèi)創(chuàng)造出最大的工作效率，有利于企業(yè)獲得更多的經(jīng)濟效益。

3 上下機械手手爪架構的流程設計

數(shù)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(jù)數(shù)控機床實際作業(yè)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(fā)，如圖1。

圖1 機械手末端執(zhí)行手抓結構圖

為了減少它和萬能手抓出現(xiàn)矛盾，必須將設計建立在工業(yè)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(fā)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(zhí)行器的正常工作，從而實現(xiàn)執(zhí)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(yè)。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(yè)內(nèi)容相結合，充分發(fā)揮它的作用，提高工作效率。

4 數(shù)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(shù)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(chǎn)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(shù)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(xiàn)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(shù)控機床的實際運行系統(tǒng)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(xiàn)系統(tǒng)處理，從而達到運維結構設計的高效處理結果。

（1）數(shù)控機床上下料機械手機械結構動態(tài)結構設計。在進行數(shù)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(tài)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(xiàn)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(shù)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(xiàn)工作職能的優(yōu)化，為設計流程提供更多的數(shù)據(jù)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(zhí)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(tǒng)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(xiàn)動態(tài)結構的設計，從而提高工作效率和整體質量。

（2）數(shù)控機床上下料機械手機械結構設計方案具體應用。數(shù)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(wěn)定性和安全性提出了更高的要求。所以，在實際數(shù)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(jù)液壓缸的直接性驅動特征，對其進行功能執(zhí)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(jù)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(tǒng)的需要，這就體現(xiàn)出了設計中的問題。根據(jù)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(wěn)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(tài)，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(diào)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(fā)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(shù)控機床加工生產(chǎn)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(yōu)化，更有利于實際應用。

5 結語

綜上所述，數(shù)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(fā)展，數(shù)控機床的使用范圍和運行結構也在發(fā)生巨大的變化。對數(shù)控機床上下料機械手的機械結構進行科學的設計，優(yōu)化機械結構運行參數(shù)，可以有效達到工作效率和質量的雙向優(yōu)化。同時，工作人員必須不斷提高自身的業(yè)務能力，根據(jù)數(shù)控機床的實際情況，制定穩(wěn)健的運行機制和統(tǒng)籌管理控制計劃，將先進的科學技術融入其中，充分發(fā)揮機械手的優(yōu)勢，使施工工件運行時間達到最優(yōu)，從而促進機械工藝的科學化發(fā)展。

[1]袁川來,胡燦,楊劍波等.基于液壓驅動的數(shù)控機床上下料機械手的設計與研究[J].湖南工業(yè)大學學報，2014(03 ) : 20-23.

[2]王戰(zhàn)中,張俊,季紅艷.自動上下料機械手運動學分析及仿真[J].機械設計與制造，2012(5):244-246.

[3]馬俊,李長春.數(shù)控機床上、下料機械手的運動學分析與仿真[J].煤礦機械，2013(11) : 76 -78.

[4]曹見賢,周艷.淺談對數(shù)控機床機械結構的要求[J].中國科技博覽,2013,29(35):67-67.

[5]張波,李衛(wèi)民,尚銳.多功能上下料用機械手液壓系統(tǒng)[J].液壓與氣動，2002(8):31-32.

TG659

：A

：1671-0711（2017）08（上）-0161-02