楊杰

摘要：自動加工生產(chǎn)線構(gòu)成的桁架機(jī)械手和機(jī)床能實現(xiàn)工件的自動抓取，上下材料，加載卡，工件的翻轉(zhuǎn)等等，從而大大節(jié)省勞動力成本，提高生產(chǎn)效率。特別適用于大批量、小零件的加工。

關(guān)鍵詞：桁架機(jī)械手 柔性生產(chǎn)線

引言

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，桁架式機(jī)械手的應(yīng)用非常廣泛。根據(jù)加工行業(yè)設(shè)計的桁架式機(jī)械手與數(shù)控機(jī)床的結(jié)合，工件可自動抓取、進(jìn)給、裝料、切割、旋轉(zhuǎn)。桁架式機(jī)械手不僅高效、準(zhǔn)確，還能夠持續(xù)工作。

一、桁架機(jī)械手發(fā)展歷史

機(jī)械手最初是由美國開發(fā)出來的，在國外被廣泛使用。1958年，美國聯(lián)合控制公司開發(fā)了第一臺機(jī)械手。其結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一個回轉(zhuǎn)長臂，其頂部裝有電磁塊，控制系統(tǒng)示教形的。1962年，在上述方案的基礎(chǔ)上，美國聯(lián)合控制公司試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。名稱為Unimate（即萬能自動）。運動系統(tǒng)模仿坦克炮塔，手臂可以轉(zhuǎn)動，俯仰，伸縮和液壓驅(qū)動，控制系統(tǒng)使用磁鼓作為存儲設(shè)備。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)了許多球面坐標(biāo)多用途機(jī)械手。同年，美國機(jī)械制造公司也成功地試驗了一種Vewrsatran機(jī)械手。機(jī)械手的中心柱可以通過液壓驅(qū)動控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)動和提升。這兩種機(jī)械手出現(xiàn)于60年代初，是國外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。1978年，美國Unimate公司與斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合開發(fā)了一種Unimate-vicarm型工業(yè)機(jī)械手，配備小型電子計算機(jī)進(jìn)行控制，裝配操作，定位誤差小于1毫米。

二、桁架機(jī)械手的結(jié)構(gòu)與工作原理

（1）桁架機(jī)械手由主體、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個基本部分組成。直角坐標(biāo)型機(jī)械手其主體部分通常采用龍門式結(jié)構(gòu)，由y向梁和導(dǎo)軌、z滑動枕、十字滑座、垂直柱、過渡連接板和底座組成。z向的直線運動是交流伺服電機(jī)的機(jī)架，由齒輪傳動齒輪與y向梁和z向軌枕固定。驅(qū)動移動部件沿著導(dǎo)軌迅速移動。移動部件是由輕型的十字滑座以及z向滑枕，滑枕采用由鋁合金拉制的型材。當(dāng)較重的工件運輸時，慣性較大，所以伺服驅(qū)動電機(jī)有足夠的動力來驅(qū)動和制動，支撐元件應(yīng)該有足夠的剛度和強(qiáng)度。只有這樣，伺服電機(jī)才能滿足桁架機(jī)械手輸送高響應(yīng)、高剛性、高精度的要求。

（2）根據(jù)桁架接收到的位移和速度指令，改變、放大和調(diào)整后將桁架機(jī)械手轉(zhuǎn)移到運動單元，通過光纖傳感器實時檢測運行狀態(tài)。在高速搬運過程中，運動部件在很短的時間內(nèi)達(dá)到給定的速度，在高速行駛的瞬間可以停止。通過高分辨率絕對編碼器的插補(bǔ)操作，控制了機(jī)械誤差和測量誤差對運動精度的影響。桁架機(jī)械手的選擇應(yīng)以工件的質(zhì)量和加工的節(jié)拍為基礎(chǔ)。根據(jù)被運工件的形狀、結(jié)構(gòu)和機(jī)床夾具的夾持方法，設(shè)計了機(jī)械手的臂型和定夾方式來設(shè)計。機(jī)械手可以通過編程來處理和執(zhí)行任務(wù)。機(jī)械手主要由手臂、回轉(zhuǎn)裝置、運動部件和驅(qū)動部件組成。工件通過定位工件形狀或工件上的支承點來夾持。夾持定位模塊可根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量和形狀大小進(jìn)行設(shè)計。對于不同系列的工件，只能切換相應(yīng)的夾持和定位模塊，以滿足快速切換的需要和桁架機(jī)械手的靈活性。

三、桁架機(jī)械手在柔性加工自動線上的應(yīng)用

（一）自動線桁架機(jī)械手輸送裝置的發(fā)展及現(xiàn)狀

自動線的發(fā)展經(jīng)歷了兩個時代：剛性自動線和柔性自動線。剛性加工自動線的傳動可分為棘輪棘爪、擺桿、升降步、機(jī)動滾道等。隨著加工中心機(jī)床的發(fā)展，由機(jī)床組成的自動生產(chǎn)線逐漸取代了組合機(jī)床組成的自動生產(chǎn)線，即柔性加工自動生產(chǎn)線。由桁架機(jī)械手輸送自動管路后，可根據(jù)機(jī)床配置任意改變輸送機(jī)的距離。機(jī)床之間的安裝位置和機(jī)床在自動行不再是剛性輸送那樣，按照輸送步距或步距倍數(shù)的要求進(jìn)行嚴(yán)格的安裝，傳輸速度也可以根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍和輸送機(jī)的距離而改變。柔性運輸?shù)囊粋€重要方面是，當(dāng)加工零件的產(chǎn)品發(fā)生變化時，只要改變輸送機(jī)程序和機(jī)械手的局部結(jié)構(gòu)，就不會對輸送零件進(jìn)行任何調(diào)整。桁架機(jī)械手較先進(jìn)的一面是自動加工線的自動化和智能化。因此，桁架機(jī)械手在柔性加工自動化生產(chǎn)線上的應(yīng)用越來越多，整個生產(chǎn)過程都可以通過信息流系統(tǒng)進(jìn)行控制。在加工和運輸過程中，收集、加工、反饋各種信息，由計算機(jī)或其他控制設(shè)備（液壓、氣動等）控制機(jī)器或運輸設(shè)備。信息流系統(tǒng)分為中央管理計算機(jī)、物流控制計算機(jī)、單元控制計算機(jī)、數(shù)控機(jī)床和信息傳輸網(wǎng)絡(luò)。

（二）國內(nèi)外差距

目前，我國機(jī)床的發(fā)展速度很快，技術(shù)水平有了很大的提高。一些機(jī)床和國外沒有區(qū)別。然而，柔性加工自動線的技術(shù)水平和等級比國外的要明顯得多。國外桁架機(jī)械手采用的柔性加工自動線比較常見，但國外企業(yè)設(shè)計的生產(chǎn)線很少。該產(chǎn)品主要由桁架機(jī)械手、機(jī)床、筒倉、工作程序轉(zhuǎn)臺等組成。通過系統(tǒng)集成，可以實現(xiàn)一個機(jī)床、一個加工單元、一個流水線和一個柔性加工單元。具有定位準(zhǔn)確、工作節(jié)拍可調(diào)、工作空間大、性能優(yōu)異、運行穩(wěn)定可靠、維護(hù)方便等特點，打破了外國人對國內(nèi)市場的壟斷。桁架機(jī)械手作為一種柔性輸送系統(tǒng)，已成為柔性加工自動生產(chǎn)線的重要組成部分。在過去，桁架機(jī)械手沒有使用的自動線的輸送帶部分被稱為輸送帶或輸送裝置。目前，桁架機(jī)械手被稱為輸送系統(tǒng)或物流系統(tǒng)。過去的輸送帶是由油缸或減速機(jī)通過鏈條或機(jī)動輥子驅(qū)動，時間較長，定位精度較差。目前常用的做法是驅(qū)動伺服系統(tǒng)完成多坐標(biāo)的復(fù)雜運動，達(dá)到時間短、效率高、運動位置準(zhǔn)確的目的。

四、結(jié)論

相信隨著國內(nèi)桁架機(jī)械手技術(shù)水平的不斷提高，桁架機(jī)械手在柔性加工自動流水線上的應(yīng)用將越來越多。采用桁架操縱器的柔性加工線將成為未來的一個大賣點，并且有著非?？捎^的前景市場，從而推動國內(nèi)柔性加工自動化生產(chǎn)線具有一定的質(zhì)量。