摘要：傳統(tǒng)的自動(dòng)化設(shè)備受限于標(biāo)準(zhǔn)化工件尺寸和形狀的局限性，難以適應(yīng)生產(chǎn)環(huán)境中不同形態(tài)、不同尺寸的工件加工需求，因此多點(diǎn)夾持機(jī)構(gòu)備受關(guān)注?；诖耍接懥硕帱c(diǎn)夾持機(jī)構(gòu)在非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備中的運(yùn)用價(jià)值，深入分析了多點(diǎn)夾持機(jī)構(gòu)在非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備中的運(yùn)用難點(diǎn)和要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：多點(diǎn)夾持機(jī)構(gòu)；非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備；夾持需求

中圖分類號(hào)：U461 收稿日期：2024-07-23

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.09.029

1 前言

多點(diǎn)夾持機(jī)構(gòu)具有靈活性高、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠適應(yīng)各種不同形狀、尺寸的工件夾持需求，為非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備的實(shí)現(xiàn)提供了重要支持。它通過多點(diǎn)夾持，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的穩(wěn)固固定，從而保證加工精度和質(zhì)量。多點(diǎn)夾持機(jī)構(gòu)的智能控制系統(tǒng)可以根據(jù)不同工件的形態(tài)特征，自動(dòng)調(diào)整夾持力和夾持位置，提高了生產(chǎn)效率和靈活性。

2 多點(diǎn)夾持機(jī)構(gòu)在非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備中的運(yùn)用價(jià)值

在自動(dòng)化生產(chǎn)中，工件的穩(wěn)固夾持是保證加工精度和質(zhì)量的重要保障，相比于單點(diǎn)夾持，多點(diǎn)夾持機(jī)構(gòu)可以通過多個(gè)接觸點(diǎn)均勻分布力量，有效地避免了工件變形和位移，保證了工件在加工過程中的穩(wěn)定性和精度，從而提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

在非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備中，往往需要加工形狀各異、尺寸不規(guī)則128332fe76dae3abf678f3d8dbe72202的工件，多點(diǎn)夾持機(jī)構(gòu)通過調(diào)整夾持點(diǎn)的位置和數(shù)量，可以適應(yīng)不同形狀和尺寸的工件，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和靈活性。這種多功能夾持方式降低了設(shè)備的更換成本和調(diào)整時(shí)間，提高了設(shè)備的通用性和生產(chǎn)效率。

在自動(dòng)化生產(chǎn)中，工件夾持不牢固容易導(dǎo)致設(shè)備故障和人身傷害，多點(diǎn)夾持機(jī)構(gòu)通過增加夾持點(diǎn)的數(shù)量和密度，可以更均勻地分布力量，提高夾持的穩(wěn)定性和可靠性，減少了因夾持不牢導(dǎo)致的事故風(fēng)險(xiǎn)，保障了生產(chǎn)線的安全運(yùn)行。在自動(dòng)化生產(chǎn)中，工件的夾持通常需要人工干預(yù)，降低了生產(chǎn)線的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率，多點(diǎn)夾持機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化夾持，減少了人工操作，提高了生產(chǎn)線的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，增強(qiáng)了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

3 多點(diǎn)夾持機(jī)構(gòu)在非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備中的運(yùn)用難點(diǎn)

3.1 夾持力和精度的平衡

在實(shí)際操作中，為了確保工件穩(wěn)固夾持，夾具通常需要施加較大的夾持力，過大的夾持力可能會(huì)導(dǎo)致工件變形或損壞，尤其是對(duì)于一些精密零部件而言，這種變形可能會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生不良影響，如何在保證夾持力的情況下，盡可能減小對(duì)工件精度的影響，是需要認(rèn)真考慮的問題。不同形狀和材質(zhì)的工件需要設(shè)計(jì)不同的夾具來實(shí)現(xiàn)有效夾持。

對(duì)于細(xì)長(zhǎng)件，這類部件通常具有較大的長(zhǎng)度與直徑比，使得在加工過程中非常容易彎曲或扭曲。多點(diǎn)夾持機(jī)構(gòu)需要在整個(gè)加工長(zhǎng)度上均勻施加夾持力，以保持部件的穩(wěn)定性和加工精度。實(shí)現(xiàn)這種均勻的力分布極具挑戰(zhàn)性，任何夾持點(diǎn)的過度力量都可能導(dǎo)致部件在其他較弱支撐點(diǎn)附近發(fā)生形變。此外，細(xì)長(zhǎng)件的振動(dòng)問題也不容忽視，加工過程中的振動(dòng)可能會(huì)因?yàn)閵A持力的不平衡而加劇，進(jìn)一步影響加工質(zhì)量和精度。

對(duì)于薄壁件，這些部件的壁厚可能極薄，極易在加工過程中產(chǎn)生變形。多點(diǎn)夾持機(jī)構(gòu)在這種情況下的主要難點(diǎn)在于如何施加足夠的力以保持部件穩(wěn)定，同時(shí)又不能過大到使部件受損。薄壁件的承受力限度較低，夾持力過大容易導(dǎo)致壓痕或穿透，而力量過小則可能無法有效防止加工過程中的位移或滑移，夾持力的精確控制成為一個(gè)技術(shù)上的難題。

在高速運(yùn)轉(zhuǎn)或者長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作時(shí)，夾具的穩(wěn)定性對(duì)工件精度至關(guān)重要。一些復(fù)雜的夾具可能存在零部件磨損、松動(dòng)或者故障等問題，影響夾持力和精度的穩(wěn)定性，需要在設(shè)計(jì)和制造階段充分考慮夾具的可靠性，采用優(yōu)質(zhì)的材料和工藝，以確保其長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 成本與性能的權(quán)衡

多點(diǎn)夾持機(jī)構(gòu)通常需要精密的加工和裝配，以確保夾持力均勻分布、穩(wěn)定可靠，要考慮到機(jī)構(gòu)的耐久性和使用壽命，需要投入大量的人力、物力和財(cái)力，使得成本居高不下，特別是在非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備中，由于每個(gè)項(xiàng)目的要求和參數(shù)都不盡相同，需要定制化設(shè)計(jì)與制造，進(jìn)一步增加了成本的不確定性。在非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備中，對(duì)夾持機(jī)構(gòu)的性能要求是多方面的，包括夾持力的大小、夾持位置的精準(zhǔn)度、夾持速度的快慢等，這些指標(biāo)之間常常存在一定的矛盾關(guān)系，例如提高夾持力可能會(huì)犧牲夾持位置的精度，提高夾持速度可能會(huì)增加機(jī)構(gòu)的能耗，在保證性能的同時(shí)，還需要對(duì)成本進(jìn)行有效的控制，這就需要在各種因素之間進(jìn)行權(quán)衡取舍，尋找最優(yōu)的解決方案。多點(diǎn)夾持機(jī)構(gòu)在非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用還可能受到其他因素的制約，如空間限制、工藝要求、安全性考慮等，這些因素都會(huì)對(duì)夾持機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和布局提出更高的要求，增加了應(yīng)用的難度和復(fù)雜度。

4 多點(diǎn)夾持機(jī)構(gòu)在非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備中的運(yùn)用策略

4.1 工件特性與夾持需求分析

進(jìn)行工件特性分析是為了深入了解工件的形狀、尺寸、材料和加工要求等信息，包括工件的長(zhǎng)度、寬度、厚度、形狀曲率、表面粗糙度等，例如，對(duì)于不規(guī)則形狀的工件，需要測(cè)量其最大外徑、最小外徑、軸向長(zhǎng)度、徑向長(zhǎng)度等關(guān)鍵尺寸；對(duì)于復(fù)雜曲面的工件，需要測(cè)量其曲率半徑、曲面傾角、曲率變化率等參數(shù)，還需要了解工件的材料特性，如硬度、強(qiáng)度、韌性等，以及加工工藝要求，如精度、表面處理等。

進(jìn)行夾持需求分析是為了確定適合工件特性的夾持方案和夾具設(shè)計(jì)，包括工件的定位特點(diǎn)、固定點(diǎn)、平面特征、幾何特征等，例如，對(duì)于定位精度要求較高的工件，需要設(shè)計(jì)夾具具有多點(diǎn)夾持功能，以確保工件的穩(wěn)定定位和位置精度；對(duì)于表面特征要求較高的工件，需要設(shè)計(jì)夾具具有柔性?shī)A持功能，以避免對(duì)工件表面造成損傷，還需要考慮工件的重量、重心位置、振動(dòng)特性等因素，以確保夾持方案的穩(wěn)定性和安全性[1]。

進(jìn)行夾持力分析是為了確定夾持力的大小和分布，包括工件的重量、重心位置、慣性力、外部載荷等，例如，對(duì)于重型工件，需要確定夾持力的大小和分布，以確保工件不會(huì)發(fā)生滑動(dòng)或傾斜。進(jìn)行夾持方式分析是為了確定適合工件特性的夾持方式和夾具結(jié)構(gòu)，包括工件的形狀、尺寸、重量、加工工藝要求等，例如，對(duì)于不規(guī)則形狀的工件，可以采用定制夾具或柔性?shī)A具，以適應(yīng)工件的特殊形狀和尺寸要求，還需要考慮夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇，以確保夾具具有足夠的剛度和耐久性，滿足長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的要求。

4.2 控制系統(tǒng)集成與調(diào)試

根據(jù)多點(diǎn)夾持機(jī)構(gòu)的功能需求和性能指標(biāo)，選擇適合的控制器、傳感器、執(zhí)行器等硬件設(shè)備，并進(jìn)行合理的布局設(shè)計(jì)，例如，選擇高性能的工業(yè)級(jí)PLC作為控制核心，配備精準(zhǔn)的位置傳感器和力傳感器，以及快速響應(yīng)的執(zhí)行器，確?？刂葡到y(tǒng)具備足夠的穩(wěn)定性、精度和可靠性，根據(jù)設(shè)備的實(shí)際結(jié)構(gòu)和布局，合理安排各個(gè)硬件設(shè)備的位置和連接方式，減少信號(hào)傳輸?shù)难舆t和干擾，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。

根據(jù)多點(diǎn)夾持機(jī)構(gòu)的工作原理和操作流程，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的軟件邏輯和程序結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)，例如，利用PLC編程軟件進(jìn)行邏輯控制程序（圖1）的編寫，實(shí)現(xiàn)夾持機(jī)構(gòu)的開啟、關(guān)閉、夾持力調(diào)節(jié)等功能，根據(jù)需要，編寫相應(yīng)的人機(jī)界面（HMI）程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)夾持機(jī)構(gòu)的監(jiān)控、參數(shù)設(shè)置和故障診斷等操作，在軟件開發(fā)過程中，需要考慮到控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性和可擴(kuò)展性，確保軟件程序能夠滿足設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行需求，并具備一定的容錯(cuò)和自診斷能力，提高系統(tǒng)的可靠性和安全性[2]。

在控制系統(tǒng)硬件安裝和軟件編程完成后，需要進(jìn)行系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)和調(diào)試，確保各個(gè)硬件設(shè)備和軟件程序能夠正常協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的預(yù)期功能和性能，例如，通過連接各個(gè)傳感器和執(zhí)行器，測(cè)試其信號(hào)的傳輸和響應(yīng)情況；對(duì)控制程序進(jìn)行逐步調(diào)試和優(yōu)化，驗(yàn)證夾持機(jī)構(gòu)的控制邏輯和動(dòng)作精度，檢測(cè)系統(tǒng)在不同工況下的穩(wěn)定性和可靠性，在調(diào)試過程中需要及時(shí)記錄和分析各種問題和異常情況，采取相應(yīng)的調(diào)整措施和優(yōu)化方案，確保系統(tǒng)能夠達(dá)到預(yù)期。

在系統(tǒng)聯(lián)調(diào)和調(diào)試完成后，需要進(jìn)行控制系統(tǒng)的性能評(píng)估和優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)和解決潛在的問題和不足，進(jìn)一步提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能，例如，對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)速度、精度和可靠性進(jìn)行全面評(píng)估，找出影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素和瓶頸，采取相應(yīng)的改進(jìn)措施和優(yōu)化方案，通過對(duì)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，了解系統(tǒng)在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中的變化和趨勢(shì)，及時(shí)調(diào)整和優(yōu)化系MMJtga51O6757ZWb0tS+zH8EOqf/iDpmqGz5ZlK1aOE=統(tǒng)的參數(shù)和策略，提高系統(tǒng)的適應(yīng)性和穩(wěn)定性。

4.3 精準(zhǔn)控制與調(diào)整

在使用多點(diǎn)夾持機(jī)構(gòu)時(shí)，需要根據(jù)工件的形狀、尺寸和特性設(shè)計(jì)合理的夾持方案，夾持方案應(yīng)考慮工件的穩(wěn)固夾持、夾持點(diǎn)的均勻分布對(duì)工件表面的保護(hù)等因素，確保夾持力分布均勻、夾持效果良好，還需要考慮夾持機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇，以滿足工件加工的需求和工作環(huán)境的要求。

在實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制與調(diào)整過程中，需要采用高精度的傳感器和控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和反饋夾持力、工件位置等參數(shù)，通過傳感器采集到的數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)夾持力、夾持位置等參數(shù)的精確調(diào)整，保證工件在加工過程中的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，控制系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)夾持力、夾持位置等參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整和優(yōu)化，提高夾持效率和加工精度[3]。

針對(duì)非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備中的精準(zhǔn)控制與調(diào)整需求，可以采用智能化的夾持控制算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)夾持力、夾持位置等參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整和優(yōu)化，這些算法可以根據(jù)工件的形狀、材料、加工過程等因素，自動(dòng)調(diào)整夾持力和夾持位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的精準(zhǔn)控制，還可以結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)，對(duì)夾持過程進(jìn)行預(yù)測(cè)和優(yōu)化，進(jìn)一步提高夾持效率和加工精度。

在非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備中使用多點(diǎn)夾持機(jī)構(gòu)進(jìn)行精準(zhǔn)控制與調(diào)整時(shí)，需要進(jìn)行系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整，通過監(jiān)控夾持力、夾持位置等參數(shù)的變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決夾持過程中可能出現(xiàn)的問題和異常情況，可以利用數(shù)據(jù)分析和追溯技術(shù)，對(duì)夾持過程進(jìn)行記錄和分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，不斷優(yōu)化和改進(jìn)夾持控制系統(tǒng)，提高工件加工的精度和穩(wěn)定性。

4.4 多點(diǎn)夾持與穩(wěn)固固定

在選擇多點(diǎn)夾持機(jī)構(gòu)時(shí)，需要根據(jù)工件的形狀、尺寸和加工要求，設(shè)計(jì)出合理的夾持方案。方案應(yīng)考慮工件的特點(diǎn)，有效防止工件在加工過程中產(chǎn)生位移或變形，例如，對(duì)于某些特殊形狀的工件，可以設(shè)計(jì)出專門的夾具，將多個(gè)夾持點(diǎn)分布在工件的不同位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的全方位夾持與固定。

在進(jìn)行多點(diǎn)夾持時(shí)，需要選擇適合工件特點(diǎn)和加工需求的夾持機(jī)構(gòu)，如選擇氣動(dòng)夾具、液壓夾具或機(jī)械夾具等，要夾具的選用應(yīng)考慮夾持力的大小、夾持方式的靈活性、夾持點(diǎn)的數(shù)量和位置等因素，確保夾具能夠牢固地夾持工件，同時(shí)不會(huì)對(duì)工件造成損壞或變形[4]。

在確定夾持方案和選擇夾具之后，需要對(duì)夾持結(jié)構(gòu)和夾持參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，通過調(diào)整夾具的夾持力、夾持點(diǎn)的位置和數(shù)量等參數(shù)，使夾持力能夠均勻地作用于工件表面，避免因夾持不均勻而導(dǎo)致工件變形或加工質(zhì)量不佳的情況發(fā)生，還可以利用仿真軟件對(duì)夾持結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬分析，評(píng)估夾持效果和穩(wěn)固性，找出潛在的問題并進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。

在實(shí)際加工過程中，需要加強(qiáng)對(duì)夾持過程的監(jiān)控和控制，確保夾持機(jī)構(gòu)和夾具能夠穩(wěn)定可靠地工作，可以通過安裝傳感器和監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)夾持力、夾持位置和工件變形情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理異常情況，建立完善的質(zhì)量控制體系，對(duì)夾持后的工件進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估，確保加工質(zhì)量符合要求。

5 結(jié)語

多點(diǎn)夾持機(jī)構(gòu)在非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用已經(jīng)展現(xiàn)出巨大的潛力和優(yōu)勢(shì)，其靈活的夾持方式和智能化的控制系統(tǒng)為非標(biāo)工件加工提供了可靠的解決方案，推動(dòng)了自動(dòng)化設(shè)備在制造業(yè)中的進(jìn)一步普及和應(yīng)用。在未來，隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等技術(shù)的深入發(fā)展，多點(diǎn)夾持機(jī)構(gòu)將更加智能化和自適應(yīng)，能夠?qū)崿F(xiàn)更加精細(xì)化的工件夾持和加工控制，隨著制造業(yè)向高質(zhì)量、高效率、柔性化方向發(fā)展，多點(diǎn)夾持機(jī)構(gòu)將成為非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備中不可或缺的重要組成部分，為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供強(qiáng)大支撐。

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