張鵬毅

摘 要：機械手是一種為了滿足現(xiàn)代機械化，自動化生產(chǎn)所需而研制出的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機械手的廣泛的運用可以提高了企業(yè)生產(chǎn)效率，符合現(xiàn)代生產(chǎn)需求。本文主要針對汽車沖壓件機床機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計研究。先是就其研究背景發(fā)展現(xiàn)狀進行介紹，擬定一個工作場景，根據(jù)工作需求，以現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，再是根據(jù)機械手現(xiàn)有發(fā)展狀況提出經(jīng)濟性的優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：機械手;機械手設(shè)計;方案優(yōu)化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.20.033

1 前言

如今，隨著我國工業(yè)化水平的發(fā)展，工業(yè)機械手越來越受到制造行業(yè)的青睞。不管是在大型還是小型的制造行業(yè)中都有廣泛的使用，如：汽車零件生產(chǎn)線、一些拋光、沖壓、激光雕刻等等工序。在重工行業(yè)、輕工行業(yè)、國防工業(yè)等也有非常多的應(yīng)用?，F(xiàn)階段，機械手較自動化水平較高，可以實現(xiàn)24小時作業(yè)，保證工作量的同時提高效率，從而可以降低一定的生產(chǎn)成本會，部署機械手可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工作業(yè)，并且因為其較高精度的定位和多傳感器的協(xié)同控制，具有出錯率低，產(chǎn)品品質(zhì)高的優(yōu)點，大大提升了企業(yè)盈利;重要的是，在應(yīng)對一些特殊的工作環(huán)境，譬如高溫高壓，高輻射的場所，不適宜人類長時間工作的地方，只要根據(jù)環(huán)境采用特殊的材料和結(jié)構(gòu)來設(shè)計機械手，就可以實現(xiàn)讓機械手在這些極端環(huán)境里長期作業(yè)，這樣只需要讓人在安全的環(huán)境下控制機械手去作業(yè)，技能保證人的安全，工作也能讓生產(chǎn)工作順利進行。因而，在汽車沖壓件生產(chǎn)中，利用機械手的優(yōu)點有降低用工成本，提高生產(chǎn)效率，安全性高，產(chǎn)品質(zhì)量好，具有很好的發(fā)展前景，研究設(shè)計工業(yè)機械手也具有現(xiàn)實意義。

2 機械手工作流程

工作內(nèi)容只需將經(jīng)過一次沖壓后的產(chǎn)品送到下一工作臺，流程為：機械手出于原位，工作臺下降，夾取裝置抓取沖壓件，工作臺上升并根據(jù)工作環(huán)境旋轉(zhuǎn)一定角度到達第二沖壓工作位，機械手工作臺下降，夾取裝置松開沖壓件，在重復(fù)之前動作。

3 機械手設(shè)計方案

機械手設(shè)計應(yīng)充分考慮機械手工作環(huán)境和工藝流程的具體要求。要使設(shè)計的機械手工作起來，要考慮制作成本，所選器材的剛性，制作難易程度，最好的是采用適中價格的器材，制作出模型進行試驗，保證能實現(xiàn)基本功能，從而驗證本設(shè)計的可行性。

根據(jù)上述機械手的工作流程，機械手的運轉(zhuǎn)至少要有四個自由度來實現(xiàn)，分別是機械手工作臺的升降，旋轉(zhuǎn)，機械臂的伸縮和旋轉(zhuǎn)。工業(yè)中常用到的滾珠絲杠具有摩擦損失小、傳動效率高、精度高、高速進給和微進給可能、軸向剛度高、不能自鎖、具有傳動的可逆性的特。機械手工作臺的升降，考慮到價格低廉，定位精度高的要求，可采用滾珠絲杠來實現(xiàn)工作臺的升降，絲桿控制垂直臂轉(zhuǎn)動 其優(yōu)點是可以把絲杠的回轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械手工作臺的升降運動，而且結(jié)構(gòu)簡單、承載能力大、轉(zhuǎn)動精度高、工作平穩(wěn)等。滾珠絲杠在工業(yè)中實用性較強，而且結(jié)構(gòu)簡單，安裝起來方便。為應(yīng)對多種環(huán)境下的工作場所，提高機械手執(zhí)行效率，我們希望其工作臺可以實現(xiàn)360°無限回轉(zhuǎn)，但是經(jīng)過觀察和分析，我們發(fā)現(xiàn)工作臺里布置的線路會影響干涉機械手的轉(zhuǎn)動，甚至在轉(zhuǎn)到一定角度是后損壞線路導(dǎo)致停止工作，為此設(shè)計采用探針接觸轉(zhuǎn)盤，解決了無限轉(zhuǎn)向問題，他可以避免多段線路纏繞式連接，利用探針接觸，避免在回轉(zhuǎn)時的干涉。機械臂的伸縮我們可以采用液壓裝置，根據(jù)工作環(huán)境，設(shè)置一定的缸徑和液壓桿長，機械臂的旋轉(zhuǎn)則可以在末端設(shè)計一個伺服電機，依據(jù)需求來旋轉(zhuǎn)一定的角度。

機械手的手部可以采用真空吸盤，應(yīng)對一些薄型沖壓件利用真空壓力為動力源，對其進行吸附，保證運送的平穩(wěn)精確。

4 機械手優(yōu)化方案

當今，工業(yè)設(shè)備模塊化是一大發(fā)展趨勢，沖壓機械手模塊化主要包括電氣及通信接口的模塊化、機械機構(gòu)的模塊化、動力元件的模塊化等。沖壓件機械手的機械機構(gòu)木塊化的主要分為：取料模塊、擺臂模塊、升降模塊、推送模塊等，同時實現(xiàn)動力元件和電氣及通信接口的標準化沖壓機械手模塊化有利于部件、構(gòu)件的通用化、標準化、模塊化設(shè)計，應(yīng)對多樣的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境里實現(xiàn)機械手功能多樣化。并可根據(jù)不同的產(chǎn)品需求來快接夾具的模塊進行快速更換操作，具有較高的實用性和靈活性。

以取料模塊為例，其物料的質(zhì)量從幾克到幾千克不等，通過對沖壓機械手進行模塊化分解，根據(jù)具體的設(shè)計要求選擇合適的取料模塊，需要考慮的因素有尺寸大小、負載、速度、精度等。并根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點，整理各種取放料裝置，例如機械爪、真空吸盤、電磁吸盤等。

出于對穩(wěn)定性和不規(guī)整汽車零件的加工考慮，我們還可以在原有機械手軸數(shù)上增加軸。目前多軸機械手應(yīng)用非常的廣泛，現(xiàn)在被廣泛運用的多軸機械手，其優(yōu)點體現(xiàn)在大產(chǎn)量的企業(yè)中，使用多軸機械手的工廠即使面對產(chǎn)量大的情況，讓工作節(jié)拍變得非常的短，可以滿足工廠的高效高速的生產(chǎn)要求。

多軸機械手還有一個優(yōu)點就是易于實行數(shù)控，可于開環(huán)或閉環(huán)數(shù)控機械配合使用。能夠很好的控制整體設(shè)備的生產(chǎn)節(jié)奏，實行數(shù)控后故障率也是非常的低，工廠的長期不斷運行中可以少量人管理數(shù)控設(shè)備即可。

5 結(jié)束語

隨著勞動用工成本不斷升高，沖壓行業(yè)開始不斷向自動化生產(chǎn)發(fā)展，沖壓送料機械手結(jié)構(gòu)簡單，速度快，提高了效率。應(yīng)用三維造型軟件的實體建模，使該設(shè)計更形象的展示出來，原理更加直接、清晰，為同類機械手的設(shè)計提供了一種新的設(shè)計思路。

參考文獻：

[1]劉洋，邢建國.薄板件沖壓自動上下料機械手的設(shè)計[J].青島大學(xué)學(xué)報（工程技術(shù)版），2018，33（01）：116-120.

[2]唐野. 四軸沖壓上下料機械手開發(fā)研究[D].吉林大學(xué)，2018.

[3]梁健文，林彩麟，李仕奇.沖壓機械手的模塊化技術(shù)研究與應(yīng)用[J].機電工程技術(shù)，2016，45（12）：58-61.