李龍平

摘 要 桁架機(jī)械手與機(jī)床是構(gòu)成自動(dòng)加工生產(chǎn)線的主要設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)全部工藝過程中的工件自動(dòng)抓取、上下料、裝卡、工件移位翻轉(zhuǎn)、工件轉(zhuǎn)序加工等操作。不僅大幅提高了生產(chǎn)效率，而且也極大減少了人工成本，非常適合大批量、小型零部件的加工。

關(guān)鍵詞 桁架機(jī)械手;機(jī)加工;生產(chǎn)線

1機(jī)械手與手臂

1.1 機(jī)械手具有的特性

在自動(dòng)線加工系統(tǒng)中最常見的一種輸送設(shè)施就是機(jī)械手。分析機(jī)械手的結(jié)構(gòu)與用途，將其歸為工業(yè)機(jī)器人的范圍。與工業(yè)機(jī)器人相比，桁架機(jī)械手給人的最初印象顯得不是那么華麗，智能化也略遜一籌。其實(shí)，機(jī)器人前面加有“工業(yè)”二字，說明二者實(shí)際上并無明顯差異。不管是多關(guān)節(jié)的機(jī)械手，還是帶有三個(gè)坐標(biāo)的機(jī)械手實(shí)質(zhì)上都屬于機(jī)械手。就金屬加工機(jī)床領(lǐng)域，機(jī)械手與工業(yè)機(jī)器人屬于機(jī)床的常用輔助設(shè)備，主要用于搬運(yùn)與輸送。因此，對(duì)于主機(jī)性能來說，二者的功效是無差異的，均屬于主機(jī)開展自動(dòng)化操作的組件。

工件與刀具對(duì)機(jī)床的加工性能會(huì)產(chǎn)生一定的影響。機(jī)械手的作用是搬運(yùn)，不會(huì)直接參與到零件加工環(huán)節(jié)。機(jī)床主機(jī)選用哪種機(jī)械手需要考慮到多種因素，包括機(jī)床的加工形式，被加工零件的大小、形狀、重量特性以及儲(chǔ)料、搬運(yùn)空間等。就桁架機(jī)械手而言，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、搬運(yùn)迅速、可靠、精準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，多用于直線形式的搬運(yùn)。同時(shí)，由于具有柔性輸送的優(yōu)勢(shì)，多用于長距離變步距的物料運(yùn)輸，而且組合便捷。柔性輸送是相對(duì)于剛性輸送的，后者屬于傳統(tǒng)自動(dòng)加工線上的定步距輸送模式。

1.2 桁架機(jī)械手的結(jié)構(gòu)與工作原理

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、主體是構(gòu)成桁架機(jī)械手的主要組成部分。根據(jù)結(jié)構(gòu)分類主要有兩種，包括順著二維直角坐標(biāo)系移動(dòng)的機(jī)械手，直角坐標(biāo)型機(jī)械手。其中，龍門式結(jié)構(gòu)屬于其主體，主要構(gòu)成部分除了y向橫梁與導(dǎo)軌、z向滑枕外，還包括十字滑座、過渡連接板、基座、立柱等。交流伺服電機(jī)向z向直線運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)能，通過渦輪減速器實(shí)現(xiàn)對(duì)y向橫梁與齒輪的驅(qū)動(dòng)作用。同時(shí)，z向滑枕上的齒條在伺服電機(jī)的作用下開始滾動(dòng)，相關(guān)移動(dòng)部件在導(dǎo)軌上快速運(yùn)行。對(duì)于移動(dòng)部件來說，要求質(zhì)量要輕，一般是z向滑枕與十字滑座，滑枕材質(zhì)為鋁合金。橫梁材質(zhì)為方鋼型材，在其上面配有齒條與導(dǎo)軌，利用滾輪與導(dǎo)軌接觸，而機(jī)械手就懸掛在上面（見圖1）。

1.3 手臂

在設(shè)計(jì)桁架機(jī)械手的手臂時(shí)需要研究手臂的載荷大小，能夠?qū)崿F(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)，在機(jī)構(gòu)層面也能有較好的承受力。機(jī)床桁架上的機(jī)械手通常是直線運(yùn)動(dòng)，因此，在設(shè)計(jì)手臂的過程中通常會(huì)采用氣缸驅(qū)動(dòng)手臂的方式，盡量選擇直徑大一點(diǎn)的氣缸可增強(qiáng)手臂的整體強(qiáng)度[1]。

1.4 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

①氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式：主要利用電磁閥對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制，借助氣流調(diào)節(jié)閥完成對(duì)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)速度的調(diào)控。這種驅(qū)動(dòng)方式成本低廉，因?yàn)楂@得氣體比較容易。②電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式：此種驅(qū)動(dòng)方式在機(jī)床桁架機(jī)械手設(shè)計(jì)中經(jīng)常會(huì)用到，由于機(jī)床會(huì)用電，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)只是利用電機(jī)就可控制速度。

2桁架機(jī)械手在柔性加工自動(dòng)線上的應(yīng)用

2.1 桁架機(jī)械手自動(dòng)線輸送裝置的發(fā)展現(xiàn)狀

最初的自動(dòng)線采用的是剛性加工自動(dòng)線，其主要組成部分包括擺桿、升降步、棘輪棘爪、機(jī)動(dòng)滾道等。伴隨加工中心機(jī)床的不斷發(fā)展，柔性加工自動(dòng)生產(chǎn)線形成，它是由機(jī)床構(gòu)成的自動(dòng)生產(chǎn)線，并非過往的傳統(tǒng)自動(dòng)生產(chǎn)線（組合機(jī)床組成）。配置有桁架機(jī)械手的自動(dòng)管路，再結(jié)合機(jī)床配置可隨意改變輸送機(jī)的距離。傳統(tǒng)的剛性輸送模式是機(jī)床間的安裝位置以及機(jī)床運(yùn)行需根據(jù)輸送步距或步距倍數(shù)來嚴(yán)格安裝，柔性輸送模式則沒有上述要求，傳輸速度也可參照生產(chǎn)節(jié)拍與輸送機(jī)的距離進(jìn)行調(diào)整。柔性運(yùn)輸模式的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)加工零件的產(chǎn)品有了變化后，只需對(duì)輸送機(jī)程序及機(jī)械手的局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整即可，無需對(duì)輸送零件作任何調(diào)整。桁架機(jī)械手比較先進(jìn)的一點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)加工線的自動(dòng)化與智能化。近年來這種機(jī)械手在柔性加工自動(dòng)生產(chǎn)線領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，借助信息流系統(tǒng)就能對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。在加工與運(yùn)輸工件的時(shí)候，計(jì)算機(jī)與其他控制設(shè)備根據(jù)獲得的相關(guān)信息負(fù)責(zé)對(duì)機(jī)器或運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行控制。信息流系統(tǒng)的組成部分包括中央管理計(jì)算機(jī)、物流控制計(jì)算機(jī)、單元控制計(jì)算機(jī)、數(shù)控機(jī)床和信息傳輸網(wǎng)絡(luò)。

2.2 國內(nèi)外在桁架機(jī)械手方面的差距

近年來中國機(jī)床行業(yè)發(fā)展迅速，相關(guān)技術(shù)工藝有了明顯的進(jìn)步。部分機(jī)床生產(chǎn)制造水平與西方基本無差異。但在柔性加工自動(dòng)線技術(shù)方面，我國與國外仍存在一定的差距。在國外桁架機(jī)械手多用于柔性加工自動(dòng)線上，但國內(nèi)卻較少。目前，我國汽車生產(chǎn)企業(yè)所用的桁架機(jī)械手柔性加工自動(dòng)線一般都是從外國引進(jìn)的。究其原因主要是國產(chǎn)的桁架機(jī)械手的技術(shù)水平仍與外國存在不小的差距。最初大連機(jī)床集團(tuán)生產(chǎn)的柔性加工自動(dòng)線所使用桁架機(jī)械手也是進(jìn)口的，那時(shí)國內(nèi)無一家生產(chǎn)桁架機(jī)械手的企業(yè)。今天國內(nèi)也出現(xiàn)了一些生產(chǎn)桁架機(jī)械手的企業(yè)，為國產(chǎn)柔性加工自動(dòng)線帶來了一些希望。桁架機(jī)械手屬于柔性加工自動(dòng)線中的核心構(gòu)件，需完成多個(gè)、單獨(dú)動(dòng)作，需要盡快突破一些關(guān)鍵技術(shù)問題。

總之，隨著制造產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)發(fā)展，自動(dòng)加工生產(chǎn)線的應(yīng)用也越來越多。在此過程中桁架機(jī)械手會(huì)發(fā)揮出積極的作用。相信在不久的將來國內(nèi)桁架機(jī)械手的生產(chǎn)制造水平也會(huì)有重大突破，國內(nèi)企業(yè)攻克了相關(guān)技術(shù)難題，帶動(dòng)國產(chǎn)柔性加工自動(dòng)線邁上新的發(fā)展臺(tái)階。

參考文獻(xiàn)

[1] 周昱晗.桁架機(jī)械手自動(dòng)加工生產(chǎn)線上的應(yīng)用[J].科學(xué)與財(cái)富，2015，22（10）：196-197.