數(shù)控機床機械手機械結(jié)構(gòu)設計

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摘要：機械手作為機械結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其在數(shù)控機床中發(fā)揮著巨大的作用，是數(shù)控機床的重要組成部分?；趯?shù)控機床機械結(jié)構(gòu)設計分析，其對于機械手控制精度具有重大影響，是提高整體協(xié)調(diào)性的重要組成部分。本文基于數(shù)控機床機械手的機械結(jié)構(gòu)分析，闡述了各結(jié)構(gòu)的主要功能，并對各結(jié)構(gòu)進行了全面論述，旨在為相關(guān)設計人員提供經(jīng)驗借鑒，保障數(shù)控機床機械手機械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機床；機械手；機械結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設計

1數(shù)控機床機械手概述

機械手借鑒了人的手臂，通過結(jié)構(gòu)的固定、編程，使其可以實現(xiàn)抓取、擺動，在工業(yè)化生產(chǎn)制造過程中被廣泛應用。機械手基于結(jié)構(gòu)的銜接而運行，并基于系統(tǒng)的控制而實現(xiàn)具體作業(yè)，最早的機械手結(jié)構(gòu)設計能夠支撐一定強度的勞動，可以代替人工在生產(chǎn)線作業(yè)中的地位。基于自動化技術(shù)的發(fā)展，將系統(tǒng)與自動化系統(tǒng)進行有效結(jié)合，其結(jié)構(gòu)精度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性均得到了有效的提高，可實現(xiàn)對機械手結(jié)構(gòu)的科學控制。

2數(shù)控機床機械手結(jié)構(gòu)設計分析

2.1下料手爪結(jié)構(gòu)設計

下料手爪結(jié)構(gòu)，主要是用以工件裝卸，根據(jù)適配的機床參數(shù)以及工作方式的不同，下料手爪結(jié)構(gòu)發(fā)揮的作用也有所不同。有搬運、加工、測算三種功能，機械手爪結(jié)構(gòu)其設計原則就是為了滿足工作要求，要求整體結(jié)構(gòu)盡可能地選用少連接部件，要求具有良好的適用性、通用性，可以適配多種機床環(huán)境。同時還要考慮機械手在運行過程中出現(xiàn)故障時，便于工作人員更換故障工件以及維修，設計上要考慮與智能計算機控制系統(tǒng)的兼容性?；谝陨弦螅瑱C械手采用杠桿式的連接結(jié)構(gòu)，以活塞推壓實現(xiàn)各結(jié)構(gòu)聯(lián)動，采取這樣的設計讓機械手爪可以做出夾緊、放松的動作。

2.2下料手腕結(jié)構(gòu)設計

對于手臂和手爪來說，下料手腕結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)兩者連接的重要部分，也是機械手特定動作的最末端，應對手臂進行合理配合、對手抓進行有效控制，使特定工作得以最終完成。手腕是連接的部件，不但要求其符合工作的具體要求，還要遵循結(jié)構(gòu)緊湊、體積領(lǐng)條等設計基本原則[1]。手腕活動自由度一般由實際機械手工作內(nèi)容來決定。通常來講，自由度數(shù)能夠決定機械手手腕運動型和靈活性，若提高自由度數(shù)，那么便能提高手腕靈活性，可以選取的搬運行為變的更多，不過提高自由度會讓腕部結(jié)構(gòu)變得復雜化，制造成本、設計成本將大大增加。要想讓機械臂在工作過程中傳遞不同力以及傳遞的連貫性得到保證，應讓結(jié)構(gòu)連接有一定的剛度和強度。要想增加運動時的精度，需要最大限度地將手腕不同關(guān)節(jié)連接復雜度降低，對構(gòu)件所具有的剛度特性進行有效利用，設置結(jié)構(gòu)運動的纖維，使機械手由于運動超限給工作人員帶來的人身傷害與機械手給自身帶來的損壞情況得到預防。經(jīng)過分析、考察多種具體機床設計的機械手結(jié)構(gòu)，使下料手腕結(jié)構(gòu)工作的安全性和精確度得到保證，應按照結(jié)構(gòu)緊湊、結(jié)構(gòu)簡單的設計基本原則，以作用要求得到滿足為前提，對三個自由度進行設計，從而讓下料手能夠?qū)Σ煌ぷ鞯膹碗s需要進行滿足[2]。

2.3機械傳動結(jié)構(gòu)設計

機械手傳動結(jié)構(gòu)設計，要關(guān)注機械手運行過程的精度和響應速度這兩個因素，是機械手結(jié)構(gòu)設計的難點之一。由于其有精度和速度的要求，因此機械手的體積不宜過大，要保持較低的重量，通過這樣的設置保證較高的響應速度。但是為了操作的精確度，還要在有限的結(jié)構(gòu)空間、重量方面，保證各零部件安裝空間得到有效利用，以此滿足高精度的操作要求。因此在設計上，要盡可能減少反向空回運動，以此提高運動、操作的精度。采用鏈傳動的配合方式，對各連接結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，采用這樣的設置可提高機械傳動系統(tǒng)的使用壽命。

2.4機械手平衡結(jié)構(gòu)設計

在關(guān)節(jié)式的下料手中，其平衡機構(gòu)通常發(fā)揮著加快不同控制命令反應速度、減小驅(qū)動器負載等重要作用。在具體的生產(chǎn)過程中，應對彈簧式的平衡機構(gòu)進行使用，該機構(gòu)的優(yōu)點主要有維修方便、拆卸輕松、成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單、平衡性好等[3]。設計機械手最為重要的就是優(yōu)化機械手平衡機構(gòu)、連接機構(gòu)、傳動機構(gòu)、主要構(gòu)件等不同機構(gòu)的設計，并對這些機構(gòu)的配合方式、布局形式進行合理調(diào)整，實現(xiàn)系統(tǒng)運動的整體平衡，獲得更好的平衡性，與此同時，彈簧式的平衡機構(gòu)可以有效優(yōu)化該平衡問題，使機械手的平衡要求得到滿足[4]。

3結(jié)論

數(shù)控機床在生產(chǎn)線作業(yè)中具有重要的作用，對于提高生產(chǎn)效率具有重要影響。機械手作為數(shù)控機床的重要組成部分，在操作過程中受到各種外界因素影響，基于結(jié)構(gòu)性的設計優(yōu)化，可以有效提高機械手的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，提高其應用價值，并可以保障數(shù)控機床操作的安全性，為數(shù)控機床自動、高效運行奠定良好的基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]吳雁，王彥瑞，鄭剛，等.基于MCD平臺的數(shù)控車床上下料機械手機電一體化概念設計與控制仿真[J].機床與液壓，2018，46(15)：99-104.

[2]李東亞.基于發(fā)那科數(shù)控系統(tǒng)的四自由度自動上下料系統(tǒng)設計[J].機床與液壓，2018，46(11)：75-78.

[3]呂振華，梁偉，上官文斌.汽車發(fā)動機液阻懸置動特性仿真與實驗分析[J].汽車工程，2002(2)：105-111.

作者：許恒偉 單位：（百超 （天津 ）激光技術(shù)有限公司