張鵬毅

摘 要：機(jī)械手是一種為了滿足現(xiàn)代機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)所需而研制出的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機(jī)械手的廣泛的運(yùn)用可以提高了企業(yè)生產(chǎn)效率，符合現(xiàn)代生產(chǎn)需求。本文主要針對(duì)汽車沖壓件機(jī)床機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究。先是就其研究背景發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行介紹，擬定一個(gè)工作場(chǎng)景，根據(jù)工作需求，以現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，再是根據(jù)機(jī)械手現(xiàn)有發(fā)展?fàn)顩r提出經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：機(jī)械手;機(jī)械手設(shè)計(jì);方案優(yōu)化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.20.033

1 前言

如今，隨著我國工業(yè)化水平的發(fā)展，工業(yè)機(jī)械手越來越受到制造行業(yè)的青睞。不管是在大型還是小型的制造行業(yè)中都有廣泛的使用，如：汽車零件生產(chǎn)線、一些拋光、沖壓、激光雕刻等等工序。在重工行業(yè)、輕工行業(yè)、國防工業(yè)等也有非常多的應(yīng)用?，F(xiàn)階段，機(jī)械手較自動(dòng)化水平較高，可以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)作業(yè)，保證工作量的同時(shí)提高效率，從而可以降低一定的生產(chǎn)成本會(huì)，部署機(jī)械手可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工作業(yè)，并且因?yàn)槠漭^高精度的定位和多傳感器的協(xié)同控制，具有出錯(cuò)率低，產(chǎn)品品質(zhì)高的優(yōu)點(diǎn)，大大提升了企業(yè)盈利;重要的是，在應(yīng)對(duì)一些特殊的工作環(huán)境，譬如高溫高壓，高輻射的場(chǎng)所，不適宜人類長時(shí)間工作的地方，只要根據(jù)環(huán)境采用特殊的材料和結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)機(jī)械手，就可以實(shí)現(xiàn)讓機(jī)械手在這些極端環(huán)境里長期作業(yè)，這樣只需要讓人在安全的環(huán)境下控制機(jī)械手去作業(yè)，技能保證人的安全，工作也能讓生產(chǎn)工作順利進(jìn)行。因而，在汽車沖壓件生產(chǎn)中，利用機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)有降低用工成本，提高生產(chǎn)效率，安全性高，產(chǎn)品質(zhì)量好，具有很好的發(fā)展前景，研究設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)械手也具有現(xiàn)實(shí)意義。

2 機(jī)械手工作流程

工作內(nèi)容只需將經(jīng)過一次沖壓后的產(chǎn)品送到下一工作臺(tái)，流程為：機(jī)械手出于原位，工作臺(tái)下降，夾取裝置抓取沖壓件，工作臺(tái)上升并根據(jù)工作環(huán)境旋轉(zhuǎn)一定角度到達(dá)第二沖壓工作位，機(jī)械手工作臺(tái)下降，夾取裝置松開沖壓件，在重復(fù)之前動(dòng)作。

3 機(jī)械手設(shè)計(jì)方案

機(jī)械手設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮機(jī)械手工作環(huán)境和工藝流程的具體要求。要使設(shè)計(jì)的機(jī)械手工作起來，要考慮制作成本，所選器材的剛性，制作難易程度，最好的是采用適中價(jià)格的器材，制作出模型進(jìn)行試驗(yàn)，保證能實(shí)現(xiàn)基本功能，從而驗(yàn)證本設(shè)計(jì)的可行性。

根據(jù)上述機(jī)械手的工作流程，機(jī)械手的運(yùn)轉(zhuǎn)至少要有四個(gè)自由度來實(shí)現(xiàn)，分別是機(jī)械手工作臺(tái)的升降，旋轉(zhuǎn)，機(jī)械臂的伸縮和旋轉(zhuǎn)。工業(yè)中常用到的滾珠絲杠具有摩擦損失小、傳動(dòng)效率高、精度高、高速進(jìn)給和微進(jìn)給可能、軸向剛度高、不能自鎖、具有傳動(dòng)的可逆性的特。機(jī)械手工作臺(tái)的升降，考慮到價(jià)格低廉，定位精度高的要求，可采用滾珠絲杠來實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的升降，絲桿控制垂直臂轉(zhuǎn)動(dòng) 其優(yōu)點(diǎn)是可以把絲杠的回轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械手工作臺(tái)的升降運(yùn)動(dòng)，而且結(jié)構(gòu)簡單、承載能力大、轉(zhuǎn)動(dòng)精度高、工作平穩(wěn)等。滾珠絲杠在工業(yè)中實(shí)用性較強(qiáng)，而且結(jié)構(gòu)簡單，安裝起來方便。為應(yīng)對(duì)多種環(huán)境下的工作場(chǎng)所，提高機(jī)械手執(zhí)行效率，我們希望其工作臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)360°無限回轉(zhuǎn)，但是經(jīng)過觀察和分析，我們發(fā)現(xiàn)工作臺(tái)里布置的線路會(huì)影響干涉機(jī)械手的轉(zhuǎn)動(dòng)，甚至在轉(zhuǎn)到一定角度是后損壞線路導(dǎo)致停止工作，為此設(shè)計(jì)采用探針接觸轉(zhuǎn)盤，解決了無限轉(zhuǎn)向問題，他可以避免多段線路纏繞式連接，利用探針接觸，避免在回轉(zhuǎn)時(shí)的干涉。機(jī)械臂的伸縮我們可以采用液壓裝置，根據(jù)工作環(huán)境，設(shè)置一定的缸徑和液壓桿長，機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)則可以在末端設(shè)計(jì)一個(gè)伺服電機(jī)，依據(jù)需求來旋轉(zhuǎn)一定的角度。

機(jī)械手的手部可以采用真空吸盤，應(yīng)對(duì)一些薄型沖壓件利用真空壓力為動(dòng)力源，對(duì)其進(jìn)行吸附，保證運(yùn)送的平穩(wěn)精確。

4 機(jī)械手優(yōu)化方案

當(dāng)今，工業(yè)設(shè)備模塊化是一大發(fā)展趨勢(shì)，沖壓機(jī)械手模塊化主要包括電氣及通信接口的模塊化、機(jī)械機(jī)構(gòu)的模塊化、動(dòng)力元件的模塊化等。沖壓件機(jī)械手的機(jī)械機(jī)構(gòu)木塊化的主要分為：取料模塊、擺臂模塊、升降模塊、推送模塊等，同時(shí)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力元件和電氣及通信接口的標(biāo)準(zhǔn)化沖壓機(jī)械手模塊化有利于部件、構(gòu)件的通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)，應(yīng)對(duì)多樣的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境里實(shí)現(xiàn)機(jī)械手功能多樣化。并可根據(jù)不同的產(chǎn)品需求來快接夾具的模塊進(jìn)行快速更換操作，具有較高的實(shí)用性和靈活性。

以取料模塊為例，其物料的質(zhì)量從幾克到幾千克不等，通過對(duì)沖壓機(jī)械手進(jìn)行模塊化分解，根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求選擇合適的取料模塊，需要考慮的因素有尺寸大小、負(fù)載、速度、精度等。并根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，整理各種取放料裝置，例如機(jī)械爪、真空吸盤、電磁吸盤等。

出于對(duì)穩(wěn)定性和不規(guī)整汽車零件的加工考慮，我們還可以在原有機(jī)械手軸數(shù)上增加軸。目前多軸機(jī)械手應(yīng)用非常的廣泛，現(xiàn)在被廣泛運(yùn)用的多軸機(jī)械手，其優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在大產(chǎn)量的企業(yè)中，使用多軸機(jī)械手的工廠即使面對(duì)產(chǎn)量大的情況，讓工作節(jié)拍變得非常的短，可以滿足工廠的高效高速的生產(chǎn)要求。

多軸機(jī)械手還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是易于實(shí)行數(shù)控，可于開環(huán)或閉環(huán)數(shù)控機(jī)械配合使用。能夠很好的控制整體設(shè)備的生產(chǎn)節(jié)奏，實(shí)行數(shù)控后故障率也是非常的低，工廠的長期不斷運(yùn)行中可以少量人管理數(shù)控設(shè)備即可。

5 結(jié)束語

隨著勞動(dòng)用工成本不斷升高，沖壓行業(yè)開始不斷向自動(dòng)化生產(chǎn)發(fā)展，沖壓送料機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡單，速度快，提高了效率。應(yīng)用三維造型軟件的實(shí)體建模，使該設(shè)計(jì)更形象的展示出來，原理更加直接、清晰，為同類機(jī)械手的設(shè)計(jì)提供了一種新的設(shè)計(jì)思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉洋，邢建國.薄板件沖壓自動(dòng)上下料機(jī)械手的設(shè)計(jì)[J].青島大學(xué)學(xué)報(bào)（工程技術(shù)版），2018，33（01）：116-120.

[2]唐野. 四軸沖壓上下料機(jī)械手開發(fā)研究[D].吉林大學(xué)，2018.

[3]梁健文，林彩麟，李仕奇.沖壓機(jī)械手的模塊化技術(shù)研究與應(yīng)用[J].機(jī)電工程技術(shù)，2016，45（12）：58-61.