數(shù)控機床上下料機械手的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計探討

數(shù)控機床上下料機械手的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計探討摘要：改革開放以來，中國經(jīng)濟水平和綜合國力實現(xiàn)了跨越式發(fā)展。工廠的卸裝生產(chǎn)線也由原來的人工操作發(fā)展成為機械化操作，大大解放了生產(chǎn)力。但機械化操作水平還達不到人們的期望和要求，所以現(xiàn)代化的數(shù)控機床生產(chǎn)線被研究人員設(shè)計出來并投入使用。數(shù)控機床最大的優(yōu)點就是智能化和無人化，本文針對其上下料機械手展開討論。主要闡述數(shù)控化機械手的現(xiàn)狀、結(jié)構(gòu)設(shè)計及零件設(shè)計要點等，希望為有關(guān)工作人員提供一定的參考。關(guān)鍵詞：數(shù)控機床；現(xiàn)狀；上下料機械手；結(jié)構(gòu)設(shè)計；零件設(shè)計引言：時代在進步，科技也在不斷發(fā)展?？茖W(xué)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中得到大量普及，人們對機械設(shè)備的自動化和安全化程度已不再滿足于傳統(tǒng)最基本的要求。數(shù)控機床作為我國最先運用于生產(chǎn)的自動化控制系統(tǒng)，為生產(chǎn)帶來便利的同時也為企業(yè)創(chuàng)造出巨大利潤。但數(shù)控機械手目前還處于初期發(fā)展階段，還存在著很多不足之處急需改進。我們應(yīng)該在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上加快自動化生產(chǎn)線的研究和改進。對機械手目前狀況的大致介紹在這個階段，中國正處于蓬勃發(fā)展的重要時期，支持各項科研事業(yè)。特別是對于全自動數(shù)控機床生產(chǎn)線，國家對機械自動化生產(chǎn)支持力度不斷增大。中國現(xiàn)有裝卸機械手的概述主要體現(xiàn)在以下幾個方面：首先，從機械結(jié)構(gòu)的角度來看，中國的機器人設(shè)計正朝著模塊化和靈活的架構(gòu)發(fā)展。其次，上下料機械系統(tǒng)的中樞控制系統(tǒng)PC機的改進和完善也被重視起來，中樞控制相當于人類的大腦，控制著各個分支工作的正常運轉(zhuǎn)，因此必須避免其發(fā)生故障。PC機的完善會使上下料更加順暢，機械手裝夾物品精度提高，工業(yè)生產(chǎn)線的網(wǎng)絡(luò)化和集成化程度也大大增加。同時機械架構(gòu)的模塊化功能也能得到非常好的發(fā)揮和體現(xiàn)。中央控制系統(tǒng)的加強，使得數(shù)控機床的安全程度和可靠程度提升到更高的層次，對機械手的定期檢查和維護工作也變得簡單快捷。同時現(xiàn)階段，中國對傳感系統(tǒng)的研究和改進也正在迅速發(fā)展。無論是何種機械設(shè)備，沒有了傳感系統(tǒng)就像是一個人沒有了直覺，就無法對外界的一系列活動做出反應(yīng)，因此，傳感系統(tǒng)在機械設(shè)備中起著其他系統(tǒng)無法替代的作用。目前，傳感系統(tǒng)主要包括速度、位置、視覺、聽覺、和觸覺傳感等，全方位的運用使得機械手更加靈敏化和智能化，其精度也大大提高。最后，機械手還應(yīng)用于機械零部件的裝配以及零件的焊接，其發(fā)展的目標也由傳統(tǒng)的零散人工化轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)化及智能化?？傊?，我國目前的機械發(fā)展水平空白還較大，需要加快研究和發(fā)展。結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)介紹我國目前有四種主要類型的機械設(shè)備結(jié)構(gòu)：笛卡爾坐標結(jié)構(gòu)，圓柱坐標結(jié)構(gòu)，球坐標結(jié)構(gòu)和關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。圓柱坐標操縱器需要依靠一個回旋運動和兩個直線型運動來實現(xiàn)其空間動作。相對而言，該類機械設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，精度高，常用于生產(chǎn)線運輸作業(yè)。機械手手臂的伸縮和立柱升降是線性的，另一個是手臂的旋轉(zhuǎn)動作，所以自由度的數(shù)量是3。綜上所述，為了滿足數(shù)控機床的設(shè)計要求，我們選用圓柱坐標機械設(shè)備，因為圓柱坐標機械手結(jié)構(gòu)簡單易操作，精度高，工作范圍比較大［2］。當然，在坐標系的選用上也需要根據(jù)數(shù)控機床的實際情況而定，當數(shù)控機床發(fā)生變化圓柱坐標系不再適用時。工作人員可根據(jù)現(xiàn)場情況酌情選擇其他坐標系。機器人部件的設(shè)計和注意事項手爪的設(shè)計和相關(guān)注意事項夾具是用于執(zhí)行操作和工作的裝置。機械設(shè)備手爪必須根據(jù)設(shè)備的操作要求設(shè)計。在滿足操作要求的基礎(chǔ)上，機械手的爪子還必須體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，通用性強。同時，它易于安裝和維護，并且易于實現(xiàn)計算機控制。結(jié)合具體的工作條件，本設(shè)計采用連桿式爪結(jié)構(gòu)。連桿杠桿型爪作用在活塞的推力上，連桿和杠桿使夾緊爪夾緊或松弛。由于杠桿的力放大，這種把手可以產(chǎn)生大的夾緊力，該夾緊力通常與彈簧一起使用。手腕的設(shè)計及相關(guān)注意事項機器人的手腕是機械手的末端。因此，手腕設(shè)計應(yīng)盡可能小巧輕便。根據(jù)工作需要設(shè)計機械手腕部的自由度。通常，自由度的數(shù)量越大，手腕的靈活性越大，并且適應(yīng)工作的能力越大。然而，自由度的增加將不可避免地使手腕的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，控制更困難，并相應(yīng)地增加成本。因此，應(yīng)根據(jù)實際操作要求確定手腕的自由度。為了確保力的傳遞和工作期間的運動連續(xù)性，腕部結(jié)構(gòu)必須具有足夠的強度和剛度。應(yīng)提供可靠的傳動間隙調(diào)節(jié)機構(gòu)，以減少空回程間隙，提高傳動精度。手腕的末端通過限位開關(guān)旋轉(zhuǎn)，并設(shè)置硬限制以防止由于過量引起的機械損傷。通過對數(shù)控機床裝卸作業(yè)的具體分析，考慮數(shù)控機床加工的具體形式和手工切削加工的具體要求。在滿足系統(tǒng)要求的前提下提高安全性和可靠性，使機器人的結(jié)構(gòu)盡可能簡單，為了降低控制難度，這種手腕的設(shè)計并沒有增加自由度，而實踐證明，這完全可以滿足操作要求。完成機器裝載和卸載的三個自由度就足夠了。手臂的設(shè)計及相關(guān)注意事項機械設(shè)備工作期間機器人手臂必須承受一定的負荷。并且機械手運動本身具有一定的速度，且工作空間的形狀和尺寸與機器人臂的長度和臂關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)范圍密切相關(guān)。因此，臂的尺寸應(yīng)設(shè)計成滿足工作空間要求。同時，為了提高機械手的速度和控制精度，應(yīng)確保臂具有足夠的強度和剛度。盡量減少結(jié)構(gòu)和材料上臂的重量；為了提高機器人手臂運動的響應(yīng)速度并減小電機負載，機器人手臂應(yīng)盡可能地相對于其關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸平衡；還必須使機器人臂的關(guān)節(jié)軸盡可能彼此平行，并且彼此垂直的軸應(yīng)盡可能地相交。這可以簡化操縱器的運動學(xué)并且便于操縱器的控制。由于機器人手臂的運動是線性的，并且考慮到操縱工件的重量，機械手的動態(tài)性能和運動的穩(wěn)定性，安全性和高剛性要求，因此選擇液壓驅(qū)動方式。液壓驅(qū)動模式由液壓系統(tǒng)控制，其特點是傳動剛度大可實現(xiàn)連續(xù)位置控制。它由液壓缸直接驅(qū)動，液壓缸既是驅(qū)動單元又是運動部件，因此無需設(shè)計額外的執(zhí)行器。液壓缸可實現(xiàn)直線運動，控制簡單，計算機控制方便。由于控制和特定的工作要求，機器人手臂的結(jié)構(gòu)不應(yīng)太大。因此，在設(shè)計中另外增加了導(dǎo)桿機構(gòu)，并且在臂上增加了兩個導(dǎo)桿，它們與活塞桿形成等邊三角形橫截面，以最大化其剛度。在動臂上增加了四個導(dǎo)桿，它們以規(guī)則的四邊形排列。增加導(dǎo)向桿數(shù)量可以顯著提高機械手的機械剛度和穩(wěn)定性，更好地解決結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問題。平衡機構(gòu)設(shè)計及相關(guān)注意事項關(guān)節(jié)操縱臂通常需要平衡裝置以減少驅(qū)動器上的負載并減少啟動時間。彈簧平衡機構(gòu)簡單，成本低，操作可靠，平衡效果好，易于維護，使用廣泛。機械手使用圓柱坐標結(jié)構(gòu)，機械手的平衡考慮了機械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及整個機械手的設(shè)計和布局。通過合理地布置和優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)，臂本身盡可能地平衡。如果在實際工作中平衡結(jié)果不令人滿意，工作人員可以將彈簧平衡機構(gòu)設(shè)置為平衡［4］。4結(jié)束語數(shù)控機床作為我國科技發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)，因其的自動化和智能化為企業(yè)創(chuàng)造巨大經(jīng)濟效益的同時也方便了人們的生活。然而，由于發(fā)展的初始階段，在需要改進的各個方面仍存在許多缺點。本文主要闡述數(shù)控化機械手的現(xiàn)狀、結(jié)構(gòu)設(shè)計及零件設(shè)計要點，希望為相關(guān)工作人員提供一定的參考。機械手的設(shè)計和不斷改進是工業(yè)生產(chǎn)效率提高的前提條件，只有對機械手的研究重視起來，才能快速推動我國的工業(yè)化進程。參考文獻：柳光濤，鐘