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1、桁架機(jī)械手結(jié)構(gòu)和設(shè)計分析
陳永波
摘要:機(jī)械手是當(dāng)前工業(yè)、制造業(yè)生產(chǎn)過程中的重要設(shè)備,也是自動化生產(chǎn)線上的主要組成局部之一。機(jī)械手的研發(fā)與應(yīng)用,大大減輕了人工勞動強(qiáng)度、防止了人工操作的風(fēng)險以及人員平安問題,同時機(jī)械手具有運(yùn)動慣性小、靈活性高的優(yōu)勢,因此可有效提高工作效率。桁架機(jī)械手是一種常見的機(jī)械手,多應(yīng)用于機(jī)床領(lǐng)域。該文主要對桁架機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及設(shè)計進(jìn)行了分析,希望能夠為機(jī)械手的進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供一定幫助。
關(guān)鍵詞:桁架機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計
中圖分類號:TH16文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1672-3791〔2021〕01〔c〕-0060-02
根據(jù)組成結(jié)構(gòu)的不同,可以將機(jī)械手分為關(guān)節(jié)機(jī)械手
2、、桁架機(jī)械手等不同的類型。在機(jī)床領(lǐng)域應(yīng)用桁架機(jī)械手,可代替人工開展上、下料工作。作為自動化設(shè)備的桁架機(jī)械手,具有高效、穩(wěn)定、高精度、高強(qiáng)度、操作簡單、性價比高的優(yōu)勢,在工業(yè)自動化開展過程中發(fā)揮著重要的作用。
1桁架機(jī)械手的結(jié)構(gòu)組成
目前我國機(jī)械加工領(lǐng)域,很多均是采取人工或者是專用機(jī)械來開展機(jī)床上下料,但隨著科技的進(jìn)步,機(jī)械加工產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度不斷加快,人工或者是專用機(jī)械在很多方面存在著缺乏,如生產(chǎn)效率較低、柔性不夠、占地面積大、人工勞動強(qiáng)度大等,無法實現(xiàn)大批量生產(chǎn),基于此,迫切需要對桁架機(jī)械手進(jìn)行應(yīng)用。機(jī)床制造過程中有效運(yùn)用桁架機(jī)械手,是實現(xiàn)自動化生產(chǎn)的主要策略,同時與集成加工技術(shù)有機(jī)結(jié)
3、合起來,便可以開展上下料、工程轉(zhuǎn)序、工件翻轉(zhuǎn)等生產(chǎn)線上的相關(guān)工作。桁架機(jī)械手的結(jié)構(gòu)組成局部主要包括3個,即主體、控制系統(tǒng)以及驅(qū)動系統(tǒng)。
首先,主體。桁架機(jī)械手的主體局部,多為龍門式結(jié)構(gòu),主要由基座、十字滑座、過渡連接板、z向滑枕、y向橫梁、立柱以及導(dǎo)軌等組成。交流伺服電動機(jī)借助蝸輪減速器來驅(qū)動齒輪與z向滑枕、y向橫梁上固定的齒條進(jìn)行滑動,從而實現(xiàn)在z向上的直線運(yùn)動,并驅(qū)動z向滑枕、十字滑座等質(zhì)量較輕的移動部件沿著導(dǎo)軌進(jìn)行快速運(yùn)動?;矶酁殇X合金拉制型材,橫梁多為方鋼型材,將齒條、導(dǎo)軌安裝在橫梁上,通過導(dǎo)軌與滾輪的接觸,使得桁架機(jī)械手懸掛在橫梁上。
其次,控制系統(tǒng)。對于桁架機(jī)械手來說,其控制
4、核心主要通過各種工業(yè)控制器來得以實現(xiàn),如單片機(jī)、運(yùn)動控制或者是PLC等。借助控制器,對按鈕、各種傳感器等提供的輸入信號進(jìn)行分析處理,經(jīng)過相應(yīng)邏輯判斷之后,對指示燈、電動驅(qū)動器或繼電器等各種輸出元件下達(dá)執(zhí)行命令,使桁架機(jī)械手完成X軸、Y軸、Z軸的聯(lián)合運(yùn)動,從而實現(xiàn)一整套作業(yè)流程的全自動化??刂葡到y(tǒng)的有效運(yùn)算,是實現(xiàn)桁架機(jī)械手高效運(yùn)行的重要前提。
最后,驅(qū)動系統(tǒng)。桁架機(jī)械手的各局部,均設(shè)有執(zhí)行機(jī)構(gòu),可以是手指,也可以是手臂,主要負(fù)責(zé)確定物料的抓取角度、裝夾物料。同時,也要具備驅(qū)動機(jī)構(gòu),來帶動分結(jié)構(gòu)的運(yùn)動,目前桁架機(jī)械手的常見驅(qū)動方式主要包括電動式驅(qū)動、氣動式驅(qū)動、液壓式驅(qū)動等多種方式。
2桁架
5、機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計
桁架機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計中,可以將其分為桁架、機(jī)械手兩個局部來進(jìn)行分析。
首先,在對桁架進(jìn)行設(shè)計的時候,可以將其簡化成梁,原因在于桁架的機(jī)構(gòu)與力學(xué)中的結(jié)構(gòu)梁相類似,從力學(xué)角度考慮,可對簡支梁、桁架進(jìn)行橫向比照,以簡支梁彎矩圖為根據(jù),來對桁架進(jìn)行分析,在此根底上,充分考慮機(jī)械手為桁架所造成的作用力,便可得到桁架的力學(xué)分析圖,如圖1所示。需要注意的是,機(jī)床領(lǐng)域中,對桁架機(jī)械手的要求相對較高,即可靠性強(qiáng)、效率高等。為確保桁架機(jī)械手的穩(wěn)定性、可靠性,對桁架立柱進(jìn)行選擇的時候,應(yīng)確保其能夠穩(wěn)定支撐桁架,并要確保其占用空間較小,因此,桁架機(jī)械手的立柱結(jié)構(gòu),多項選擇擇質(zhì)量輕、穩(wěn)定性好的鋼結(jié)構(gòu)
6、。
其次,在對機(jī)械手進(jìn)行設(shè)計的時候,可以將其分為機(jī)械手、手臂兩個局部進(jìn)行設(shè)計?!?〕機(jī)械手。對于桁架機(jī)械手來說,其主要作用便是運(yùn)輸,即使工件在上下料軌道、機(jī)床之間進(jìn)行移動,從上下料軌道上拿起要加工的零件放到機(jī)床上,并從機(jī)床上拿出加工后的零件。由此可以看出,機(jī)械手的主要動作便是升降、爪張開、抓取以及左右移動。手爪設(shè)計中,可采取多種方案及形式,根據(jù)實際需求,可采取不同的方案。第一種是機(jī)械自鎖手爪,其結(jié)構(gòu)相對簡單,但對抓取進(jìn)行了一些復(fù)雜的設(shè)計,其通過設(shè)置自鎖裝置,來防止夾持零件時發(fā)生脫落的狀況;第二種是齒輪齒條式手爪,其具有良好的傳遞性,且動作反應(yīng)速度非???,其主要利用齒輪間的傳動來對手爪進(jìn)行控制
7、,在速度方面實現(xiàn)了突破;第三種是連桿杠桿式手爪,其主要采取機(jī)械連桿機(jī)構(gòu),借助杠桿、連桿之間的傳遞,來控制手爪松開、夾持,但其夾持力比較大,因此容易造成零件損壞?!?〕手臂。桁架上機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中,在對手臂進(jìn)行設(shè)計的時候,應(yīng)對機(jī)械手臂載荷因素進(jìn)行充分考慮,并要實現(xiàn)手臂的快速運(yùn)動,也要確保其承受力。桁架機(jī)械手主要進(jìn)行直線運(yùn)動,因此,在手臂設(shè)計時,多采取液壓直接驅(qū)動的方式,在對液壓缸進(jìn)行選擇的時候,應(yīng)盡量選擇大直徑的液壓缸,以確保手臂的強(qiáng)度。對液壓缸進(jìn)行校核時,可應(yīng)用相應(yīng)公式。對活塞桿直徑進(jìn)行校核的時候,可應(yīng)用如下公式:d≥√4F/π[σ]。上述公式中,F(xiàn)代表的是活塞桿的作用力,[σ]代表的是活
8、塞桿材料的許用應(yīng)力;對缸體壁厚進(jìn)行校核的時候,可應(yīng)用如下公式:δ≥D/2√〔[σ]+0.4Py〕/〔[σ]-1.3Py〕-1,上述公式中,D代表的是缸筒內(nèi)徑;Py代表的是缸筒試驗壓力。對桁架機(jī)械手的運(yùn)動方式進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),機(jī)械手主要是在桁架上進(jìn)行水平運(yùn)動,在到達(dá)指定位置后,進(jìn)行下降運(yùn)動,然后手爪張開將零件夾緊,進(jìn)行上升運(yùn)動、逆向運(yùn)動,將零件放在上下料軌道上,最后手爪松開。在這個過程中,機(jī)械手下降停止、上升停止時,主要是通過PLC控制限位器來實現(xiàn)的。機(jī)械手在機(jī)床上夾持零件時,下一零件到達(dá)待定區(qū)域,等到機(jī)械手結(jié)束這一動作之后,便會回到待加工零件的位置,進(jìn)行下降運(yùn)動,夾持零件,并將其放置到機(jī)床中,然后
9、回到初始位置,然后PLC停止脈沖輸出,機(jī)床開始加工,機(jī)械手運(yùn)動完成。下一零件加工時,桁架機(jī)械手循環(huán)上述運(yùn)動。
此外,驅(qū)動系統(tǒng)也是桁架機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計中不可無視的重要組成局部,目前機(jī)床領(lǐng)域的桁架機(jī)械手,以手指方法為根據(jù)進(jìn)行分類,可分為移動型驅(qū)動方式或者是回轉(zhuǎn)型驅(qū)動方式。根據(jù)機(jī)械手夾持的差異,可分為內(nèi)、外兩種。桁架機(jī)械手可采取電動驅(qū)動方式,這是使用最為廣泛的一種驅(qū)動方式,機(jī)床生產(chǎn)過程中也需要用電,桁架機(jī)械手采取電動驅(qū)動方式僅需應(yīng)用電機(jī),便可以控制桁架機(jī)械手的速度。桁架機(jī)械手也可采取氣動驅(qū)動方式,其主要是利用電磁閥來對機(jī)械手進(jìn)行控制,并借助氣流調(diào)節(jié)閥對機(jī)械手的運(yùn)動速度進(jìn)行控制,其優(yōu)點在于本錢相對較低
10、。桁架機(jī)械手還可采取液壓驅(qū)動方式,即應(yīng)用液壓系統(tǒng)來對桁架機(jī)械手進(jìn)行控制,其優(yōu)勢在于可連續(xù)性實施位置控制,且傳動剛度相對較大,其動力源為液壓馬達(dá)。
3結(jié)語
綜上所述,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,自動化技術(shù)在我國各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。與此相應(yīng)的,也要加大對桁架機(jī)械手等自動化設(shè)備的研發(fā)與應(yīng)用,以更好地推動行業(yè)轉(zhuǎn)型與升級。
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