數(shù)控機(jī)床機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計

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摘要：機(jī)械手作為機(jī)械結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其在數(shù)控機(jī)床中發(fā)揮著巨大的作用，是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。基于對數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計分析，其對于機(jī)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(jī)床機(jī)械手的機(jī)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(jìn)行了全面論述，旨在為相關(guān)設(shè)計人員提供經(jīng)驗借鑒，保障數(shù)控機(jī)床機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；機(jī)械手；機(jī)械結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計

1數(shù)控機(jī)床機(jī)械手概述

機(jī)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(yīng)用。機(jī)械手基于結(jié)構(gòu)的銜接而運(yùn)行，并基于系統(tǒng)的控制而實現(xiàn)具體作業(yè)，最早的機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠支撐一定強(qiáng)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(jìn)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(jī)械手結(jié)構(gòu)的科學(xué)控制。

2數(shù)控機(jī)床機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

2.1下料手爪結(jié)構(gòu)設(shè)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(jī)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(yùn)、加工、測算三種功能，機(jī)械手爪結(jié)構(gòu)其設(shè)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(jī)床環(huán)境。同時還要考慮機(jī)械手在運(yùn)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(shè)計上要考慮與智能計算機(jī)控制系統(tǒng)的兼容性。基于以上要求，機(jī)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(shè)計讓機(jī)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(shè)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(jī)械手特定動作的最末端，應(yīng)對手臂進(jìn)行合理配合、對手抓進(jìn)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(shè)計基本原則[1]。手腕活動自由度一般由實際機(jī)械手工作內(nèi)容來決定。通常來講，自由度數(shù)能夠決定機(jī)械手手腕運(yùn)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(yùn)行為變的更多，不過提高自由度會讓腕部結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜化，制造成本、設(shè)計成本將大大增加。要想讓機(jī)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(yīng)讓結(jié)構(gòu)連接有一定的剛度和強(qiáng)度。要想增加運(yùn)動時的精度，需要最大限度地將手腕不同關(guān)節(jié)連接復(fù)雜度降低，對構(gòu)件所具有的剛度特性進(jìn)行有效利用，設(shè)置結(jié)構(gòu)運(yùn)動的纖維，使機(jī)械手由于運(yùn)動超限給工作人員帶來的人身傷害與機(jī)械手給自身帶來的損壞情況得到預(yù)防。經(jīng)過分析、考察多種具體機(jī)床設(shè)計的機(jī)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(yīng)按照結(jié)構(gòu)緊湊、結(jié)構(gòu)簡單的設(shè)計基本原則，以作用要求得到滿足為前提，對三個自由度進(jìn)行設(shè)計，從而讓下料手能夠?qū)Σ煌ぷ鞯膹?fù)雜需要進(jìn)行滿足[2]。

2.3機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計

機(jī)械手傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計，要關(guān)注機(jī)械手運(yùn)行過程的精度和響應(yīng)速度這兩個因素，是機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計的難點之一。由于其有精度和速度的要求，因此機(jī)械手的體積不宜過大，要保持較低的重量，通過這樣的設(shè)置保證較高的響應(yīng)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(shè)計上，要盡可能減少反向空回運(yùn)動，以此提高運(yùn)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(jìn)行優(yōu)化，采用這樣的設(shè)置可提高機(jī)械傳動系統(tǒng)的使用壽命。

2.4機(jī)械手平衡結(jié)構(gòu)設(shè)計

在關(guān)節(jié)式的下料手中，其平衡機(jī)構(gòu)通常發(fā)揮著加快不同控制命令反應(yīng)速度、減小驅(qū)動器負(fù)載等重要作用。在具體的生產(chǎn)過程中，應(yīng)對彈簧式的平衡機(jī)構(gòu)進(jìn)行使用，該機(jī)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(shè)計機(jī)械手最為重要的就是優(yōu)化機(jī)械手平衡機(jī)構(gòu)、連接機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)、主要構(gòu)件等不同機(jī)構(gòu)的設(shè)計，并對這些機(jī)構(gòu)的配合方式、布局形式進(jìn)行合理調(diào)整，實現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)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(jī)構(gòu)可以有效優(yōu)化該平衡問題，使機(jī)械手的平衡要求得到滿足[4]。

3結(jié)論

數(shù)控機(jī)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(jī)械手作為數(shù)控機(jī)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(shè)計優(yōu)化，可以有效提高機(jī)械手的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，提高其應(yīng)用價值，并可以保障數(shù)控機(jī)床操作的安全性，為數(shù)控機(jī)床自動、高效運(yùn)行奠定良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳雁，王彥瑞，鄭剛，等.基于MCD平臺的數(shù)控車床上下料機(jī)械手機(jī)電一體化概念設(shè)計與控制仿真[J].機(jī)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(shè)計[J].機(jī)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(jī)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