龔小俊

(馬鋼股份公司冷軋總廠 安徽馬鞍山 243000)

在智能制造的大背景下，自動(dòng)化生產(chǎn)方式已成為未來制造業(yè)發(fā)展的重大趨勢，也是加快發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，促進(jìn)工業(yè)向中高端邁進(jìn)、建設(shè)制造強(qiáng)國的重要舉措。車間原是利用叉車運(yùn)輸車輪毛坯到達(dá)下序加工點(diǎn)，此方式占用人工和設(shè)備，效率受限于人力效率，并且增加人工成本及安全風(fēng)險(xiǎn)。

本文中的裝出料機(jī)械手可全程自動(dòng)識(shí)別并準(zhǔn)確運(yùn)輸車輪毛坯到設(shè)定位置，減少人力物力成本。本文利用SolidWorks對(duì)不同工況的運(yùn)動(dòng)過程及各工況的極限狀態(tài)干涉情況進(jìn)行分析，并依據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，避免了實(shí)際加工過程中的返工，保證了設(shè)計(jì)的可靠性。

1 三維建模和虛擬裝配

利用solidworks進(jìn)行裝出料機(jī)械手各個(gè)零部件的三維建模和虛擬裝配。機(jī)械手三維裝配圖如圖1所示，由于不對(duì)夾鉗和底座進(jìn)行分析，所以對(duì)夾鉗與底座進(jìn)行了簡化[1]，分析干涉時(shí)不予考慮。

圖1 裝出料機(jī)械手機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖和三維裝配圖

2 干涉分析

SolidWorks中可以對(duì)整個(gè)裝配體或在裝配體中選定的零部件之間進(jìn)行靜態(tài)的干涉檢查，也可以對(duì)裝配體進(jìn)行動(dòng)態(tài)干涉檢查[2]。本文選用動(dòng)態(tài)干涉檢查方法對(duì)機(jī)械手不同工況下的干涉情況進(jìn)行分析。

2.1 垂直運(yùn)動(dòng)干涉分析

機(jī)械手垂直運(yùn)動(dòng)干涉主要分析伸縮油缸在初始位置和極限位置兩種狀態(tài)下，升降油缸從初始位置運(yùn)動(dòng)至極限位置過程中的干涉情況。

通過設(shè)置軟件分別對(duì)上述兩種狀態(tài)下，升降油缸從初始位置運(yùn)動(dòng)至極限位置過程進(jìn)行干涉檢查，共發(fā)現(xiàn)21處存在干涉現(xiàn)象，如表1所示，具體干涉位置如圖2所示。

表1 干涉零件及位置

圖2 升降油缸與主連桿和主橫梁干涉位置

2.2 夾鉗水平運(yùn)動(dòng)時(shí)干涉分析

機(jī)械手水平運(yùn)動(dòng)干涉主要分析升降油缸在初始位置和極限位置兩種狀態(tài)下，伸縮油缸從初始位置運(yùn)動(dòng)至極限位置過程中的干涉情況。

通過設(shè)置軟件分別對(duì)上述兩種狀態(tài)下，伸縮油缸從初始位置運(yùn)動(dòng)至極限位置過程進(jìn)行干涉檢查，共發(fā)現(xiàn)12處存在干涉現(xiàn)象，如表2所示，其中第3項(xiàng)主連桿底板與升降油缸干涉同2.1垂直運(yùn)動(dòng)干涉分析中第1項(xiàng)干涉情況相同。具體干涉位置如圖3所示。

表2 干涉零件及位置

圖3 主連桿與主橫梁和主推桿座位置干涉位置

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)上述干涉檢查分析可知，要滿足機(jī)械手運(yùn)行行程要求，必須對(duì)一些零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)以避免干涉[3]、[4]。

3.1 主連桿優(yōu)化設(shè)計(jì)

主連桿在機(jī)械手水平伸縮、垂直升降過程中與主橫梁、升降油缸、推桿等存在多處干涉問題，根據(jù)前文分析結(jié)合實(shí)際情況需對(duì)主連桿底座、側(cè)板進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。將主連桿兩底座由原來距離482 mm改為402 mm，目的是使主連桿底座能進(jìn)入主橫梁中間槽內(nèi)，消除干涉；將兩主連桿側(cè)筋板的長由160 mm優(yōu)化為80 mm，消除與主推桿的干涉；將主連桿側(cè)板開檔高度由50 mm優(yōu)化為120 mm，尺寸205 mm優(yōu)化為165 mm，尺寸350 mm優(yōu)化為270 mm，消除與伸縮油缸、主橫梁側(cè)板的干涉；主連桿底板兩側(cè)添加30°×25 mm的倒角，消除與升降油缸接頭的干涉。優(yōu)化前后主連桿、底板如圖4所示。

圖4 主連桿優(yōu)化前后三維圖

3.2 主橫梁優(yōu)化設(shè)計(jì)

主橫梁在機(jī)械手水平伸縮、垂直升降過程中與主連桿、升降油缸等存在多處干涉問題，需要對(duì)主橫梁進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)前文分析結(jié)合實(shí)際情況需對(duì)主橫梁底板、筋板及筋板間距進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。將底板進(jìn)行尺寸150 mm優(yōu)化為100 mm，尺寸390 mm優(yōu)化為340 mm，消除與升降油缸的干涉。將主橫梁底板位置由945 mm優(yōu)化為900 mm，筋板尺寸由404×203×10 mm優(yōu)化為404×237×10 mm，兩筋板間的距離由300 mm優(yōu)化為250 mm，相當(dāng)于將右邊筋板左移50 mm，消除與主連桿的干涉，如圖5所示。

圖5 主橫梁優(yōu)化示設(shè)計(jì)意圖

4 結(jié)論

通過對(duì)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)過程干涉情況分析，發(fā)現(xiàn)主連桿、升降油缸、主橫梁、伸縮油缸等零部件在工作行程中出現(xiàn)干涉，不能滿足水平行程2200mm、垂直升降行程700mm的要求。針對(duì)文中干涉情況對(duì)相關(guān)零部件進(jìn)行了局部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證了機(jī)械手的行程要求，有效避免了實(shí)際制造過程中因干涉帶來的問題，縮短了工期，節(jié)約了成本。