數(shù)控機(jī)床機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2021-7-5 來(lái)源： 天津龍創(chuàng)恒盛實(shí)業(yè)有限公司 作者：李天寶 習(xí)云飛
摘要：機(jī)械手設(shè)計(jì)在數(shù)控機(jī)床中起著較為重要的作用，其好壞直接決定數(shù)控機(jī)床的工作效率以及工作質(zhì)量，因此必須設(shè)計(jì)好機(jī)械手，使其在數(shù)控機(jī)床的運(yùn)轉(zhuǎn)中能夠發(fā)揮作用，使機(jī)床的運(yùn)行更加流暢，提高機(jī)床運(yùn)行的整體協(xié)調(diào)性。基于此，對(duì)數(shù)控機(jī)床機(jī)械手的各結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，著重闡述機(jī)械手的手爪、手臂、手腕以及其傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，介紹機(jī)械手各個(gè)部件設(shè)計(jì)的具體流程，使相關(guān)工作人員能夠更好地掌握機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：數(shù)控；機(jī)床；機(jī)械手；機(jī)械結(jié)構(gòu)
1、機(jī)械手的設(shè)計(jì)及其發(fā)展意義
現(xiàn)如今，我國(guó)大部分的工廠在數(shù)控機(jī)床工作中，仍是由人工進(jìn)行機(jī)床上工件的裝卸，不僅工作強(qiáng)度過(guò)大，而且工作效率較低，還無(wú)法保障工人們的安全。因此，為了提高數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行效率，替代人工操作，降低生產(chǎn)的成本，就需要利用機(jī)械手來(lái)實(shí)現(xiàn)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)正在不斷代替人工，例如機(jī)械手在工作時(shí)能夠有效地將系統(tǒng)和自動(dòng)化融合在一起，大大縮減數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行時(shí)間，從而有效提高其工作效率。
2、機(jī)械手各部件的設(shè)計(jì)分析
2.1機(jī)械手爪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
機(jī)械手爪的主要作用為裝卸數(shù)控機(jī)床工件，機(jī)械手爪的類型較多，根據(jù)機(jī)械手爪的工作方式不同，可分為搬運(yùn)式、加工式、測(cè)算式手爪，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)數(shù)控機(jī)床操作過(guò)程中的要求，選擇合適的機(jī)械手來(lái)完成相關(guān)的操作。此外，根據(jù)具體的工作環(huán)境，在滿足數(shù)控機(jī)床要求的前提下，設(shè)計(jì)機(jī)械爪式要盡量小巧、輕盈，還要有緊湊的結(jié)構(gòu)以及較強(qiáng)的通用性。設(shè)計(jì)機(jī)械手爪時(shí)，一是要考慮在數(shù)控機(jī)床的工作過(guò)程中機(jī)械手爪出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，相關(guān)工作人員能夠輕松地進(jìn)行維修；二是要符合相關(guān)的流程；三是要考慮到設(shè)計(jì)過(guò)程中的成本。故根據(jù)以上的要求，在設(shè)計(jì)機(jī)械手爪式可設(shè)計(jì)杠桿式手爪，利用活塞的推力作用，使各結(jié)構(gòu)完成聯(lián)動(dòng)，從而使手爪做出放松和夾緊的動(dòng)作。其在工作過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)比較大的夾緊力，可能會(huì)產(chǎn)生一定的危險(xiǎn)，所以機(jī)械手爪一般與彈簧結(jié)合起來(lái)使用。
2.2 機(jī)械手腕的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
機(jī)械手腕位于機(jī)械手操作機(jī)的最末端，其主要作用為連接機(jī)械手臂與機(jī)械手爪。機(jī)械手腕應(yīng)體積小、重量輕，設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)機(jī)械手實(shí)際的工作內(nèi)容來(lái)確定機(jī)械手腕活動(dòng)的自由度。一般來(lái)講，機(jī)械手腕的自由度數(shù)越多則機(jī)械手腕越靈活，但在提高機(jī)械手腕的自由度數(shù)目的同時(shí)，工作成本也會(huì)隨之大大提高，機(jī)械手腕的工作結(jié)構(gòu)也會(huì)變得更為復(fù)雜，工作人員對(duì)機(jī)械手腕的控制也會(huì)更加困難，所以在設(shè)計(jì)機(jī)械手腕的自由度時(shí)，要根據(jù)相應(yīng)的工作情況來(lái)加以確定。在工作中，機(jī)械手腕應(yīng)有一定的剛度以及強(qiáng)度，這樣才能使工作順利進(jìn)行。此外，機(jī)械手腕在工作時(shí)，如果超出其工作上限，機(jī)械手腕很容易損壞，所以在實(shí)際工作時(shí)應(yīng)在機(jī)械手腕各個(gè)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的地方設(shè)置限位開(kāi)關(guān)。為了在工作中保證數(shù)控機(jī)床的精確度，在設(shè)計(jì)機(jī)械手腕時(shí)要降低機(jī)械手腕關(guān)節(jié)連接的復(fù)雜程度，既要符合工作需求，同時(shí)還要保障工人的安全以及任務(wù)的可靠性，在具體的工作中，機(jī)械手腕保持在 3 個(gè)自由度完全能夠保證工作的進(jìn)行。
2.3機(jī)械手手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在實(shí)際的工作中，機(jī)械手臂會(huì)保持一定的運(yùn)行速度進(jìn)行工作，并且機(jī)械手手臂工作空間的形狀大小與其手臂長(zhǎng)度及關(guān)節(jié)都有著密切的聯(lián)系，所以在設(shè)計(jì)機(jī)械手臂時(shí)，應(yīng)考慮其在工作空間上存在的問(wèn)題。在確保機(jī)械手手臂具有一定的強(qiáng)度與剛度的同時(shí)，減輕機(jī)械手手臂的重量，這樣才能使機(jī)械手手臂在工作時(shí)具有較快的運(yùn)動(dòng)速度，并且操作也會(huì)更加方便。此外，為了更好地控制機(jī)械手，在設(shè)計(jì)
機(jī)械手手臂時(shí)，應(yīng)令其各個(gè)關(guān)節(jié)都保持平行，同時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)要盡可能地在機(jī)械手手臂的材料上減輕機(jī)械手手臂的重量，這樣才有利于機(jī)械手手臂對(duì)機(jī)械手的控制。此外，在不同的工作環(huán)境中，機(jī)械手手臂還對(duì)自身的控制具有一定的要求，因?yàn)闄C(jī)械手手臂大多為直線式，并且又具有很大的剛度，所以工作人員在進(jìn)行相關(guān)工作時(shí)，一定要注意安全，可以利用液壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的方式降低機(jī)械手手臂的控制難度，同時(shí)在管理控制時(shí)，盡量不要人工操作，而是使用計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行管理控制。在實(shí)際的工作中，機(jī)械手手臂的結(jié)構(gòu)不能過(guò)大，所以不能通過(guò)增大液壓缸直徑的方式來(lái)提高機(jī)械手臂的剛度，為了達(dá)到工作的需求可以在其大臂處增加幾個(gè)導(dǎo)桿，制作導(dǎo)桿時(shí)，需采用空心結(jié)構(gòu)，這樣可以較好地減小機(jī)械手手臂的重量，并且還可以提高機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)剛度與穩(wěn)定性，從而解決機(jī)械手在結(jié)構(gòu)上存在的問(wèn)題。
2.4機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
機(jī)械手在運(yùn)行過(guò)程中，其精度、穩(wěn)定性以及響應(yīng)能力都受機(jī)械傳動(dòng)部件的影響。在具體工作中，機(jī)械手需要有一定的運(yùn)動(dòng)速度和控制精度，所以在設(shè)計(jì)機(jī)械手傳動(dòng)結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)保持其小巧輕便，同時(shí)具有較為緊湊的結(jié)構(gòu)，從而保持機(jī)械手在工作時(shí)具有一定的響應(yīng)速度。此外，為了降低反向空回過(guò)程中產(chǎn)生的誤差，應(yīng)盡可能地在其工作時(shí)使用間歇調(diào)整的機(jī)構(gòu)。在日常生活中，螺旋傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)以及同步傳動(dòng)都較為的常見(jiàn)。在設(shè)計(jì)機(jī)械手手臂時(shí)，選取液壓缸作為設(shè)計(jì)材料，可以簡(jiǎn)化機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，提高機(jī)械手的精度，不再需要使用中間的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。在設(shè)計(jì)機(jī)械手腰座的回轉(zhuǎn)時(shí)，因?yàn)椴捎昧瞬粌H電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，但直接的驅(qū)動(dòng)元件不能使用電動(dòng)機(jī)，所以在經(jīng)過(guò)實(shí)際操作的
一系列對(duì)比之后，發(fā)現(xiàn)圓柱齒輪傳動(dòng)較為符合條件。在機(jī)械手工作的過(guò)程中要有較為高的控制精確度，所以應(yīng)使電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度盡可能降低，使機(jī)械手在工作過(guò)程中能夠保持較為平穩(wěn)的運(yùn)轉(zhuǎn)。在選擇齒輪進(jìn)行傳動(dòng)時(shí)，要選用一級(jí)齒輪，以及傳動(dòng)較大強(qiáng)度較高，并且硬度較大的材料制造機(jī)械手的機(jī)械傳動(dòng)。
2.5機(jī)械手手臂的平衡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
機(jī)械手在實(shí)際工作中，機(jī)械手手臂的平衡結(jié)構(gòu)發(fā)揮著掌控運(yùn)行速度以及使驅(qū)動(dòng)器負(fù)載的作用。平衡裝置不僅可以使驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載降低，并且還能大大減少啟動(dòng)時(shí)間。在實(shí)際工作中，彈簧平衡機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，且造價(jià)成本較低，維修起來(lái)也十分方便，所以在機(jī)械手手臂的平衡設(shè)計(jì)時(shí)常應(yīng)用彈簧式的平衡機(jī)構(gòu)。此外，提高機(jī)械手的平衡機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)機(jī)械手的過(guò)程中起著較為重要的作用。另外，在設(shè)計(jì)機(jī)械手時(shí)，圓柱坐標(biāo)式的結(jié)構(gòu)應(yīng)用較為廣泛。在設(shè)計(jì)整個(gè)機(jī)械手的過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)考慮機(jī)械手手臂平衡結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，布局要合理，這樣才能在機(jī)械手實(shí)際運(yùn)作時(shí)得到較好的平衡性，使系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)獲得整體上的平衡。例如，彈簧式的平衡機(jī)構(gòu)可以滿足機(jī)械手的平衡要求，從而有效解決機(jī)械手在平衡方面的問(wèn)題。
3、機(jī)械手的主要優(yōu)勢(shì)及其運(yùn)用
機(jī)械手在數(shù)控機(jī)床工作時(shí)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，其具有較強(qiáng)的負(fù)荷能力以及較高的工作效率，即使出現(xiàn)故障，也只是極少數(shù)情況下，極大地降低系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的出錯(cuò)率。隨著社會(huì)的進(jìn)步與科技的發(fā)展，機(jī)械手在未來(lái)也將會(huì)得到更大程度的開(kāi)發(fā)與使用，給施工人員提供更大的工作效益，大幅度減少他們的施工時(shí)間的同時(shí)提高其工作質(zhì)量。機(jī)械手的工作效率較高，所以數(shù)據(jù)機(jī)床在運(yùn)行時(shí)不僅可以有效縮短工作時(shí)間，并且能夠保障其安全性。另外，機(jī)械手還可以有效提高數(shù)控機(jī)床的剛性能力，提升轉(zhuǎn)機(jī)缸體的柔性，使數(shù)控機(jī)床在工作時(shí)的運(yùn)行效率，以及其機(jī)械化的水準(zhǔn)都得到切實(shí)有效的提高。
同時(shí)，工作人員在進(jìn)行有關(guān)數(shù)控機(jī)床方面的工作時(shí)，需要邊工作邊學(xué)習(xí)，不斷學(xué)習(xí)相關(guān)的知識(shí)，提高自身的工作能力，使機(jī)械手可以充分有效地發(fā)揮其自身的作用，將工作效益提高到最大化，使數(shù)控機(jī)床可以在較低的工作成本上高效地運(yùn)轉(zhuǎn)，來(lái)獲取較高的經(jīng)濟(jì)效益。總的來(lái)說(shuō)，機(jī)械手在數(shù)控機(jī)床中具有較為重要的作用，外界存在的種種因素會(huì)對(duì)機(jī)械手在實(shí)際的工作過(guò)程中產(chǎn)生一定的影響，所以在其結(jié)構(gòu)性的設(shè)計(jì)優(yōu)化的前提下，優(yōu)化機(jī)械手結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，可以使其價(jià)值得到有效提高。
4、結(jié)語(yǔ)
在數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)械手可以有效提高數(shù)控機(jī)床在操作時(shí)的安全性，在保證數(shù)據(jù)機(jī)床能夠穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，還要使機(jī)械手與數(shù)控機(jī)床有效地結(jié)合在一起，這樣不僅可以使其在柔性方面的優(yōu)勢(shì)得到提高，并且還極大地減少其工作時(shí)間，使工作效率得到有效的提高。因此，合理地對(duì)機(jī)械手的機(jī)械機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，不僅可以提高機(jī)械手的工作性能及其工作效率，還能獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益，使機(jī)械手在具體的工作中發(fā)揮其應(yīng)有的作用及價(jià)值。
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