机床机械桁架机械手的设计与结构分析.docx

机床机械桁架机械手的设计与结构分析作者：王雪刘大敏来源：中国新技术新产品2017年第07期摘要：在制造业机械手是一个非常有名气的词组，机械手是自动化生产线上不可缺少的 一部分，它的出现使生产行业更方便更快捷，它的优势就是灵活、运动惯性小，可以代替人手 去完成相应的工作，而在大型机床上也有机械手的应用，它是附着在机床桁架上，通过分析机 械手在生产中的应用，总体布局，以及驱动系统，最终确定机床桁架机械手，而在制造行业 内，通过机床桁架机械手的应用，提高了机床的自动化程度，同时也增加了机床加工中的安全 性、可靠性。关键词：机构分析；机械手；驱动系统中图分类号：TH 16文献标识码：A1 .总体结构机床桁架机械手的设计和分析，可以从两部分分析，一部分是桁架，另一部分是机械手， 对于桁架的分析，可以简化成梁的分析，它的机构就类似于力学当中的结构梁，从力学的角度 分析，可以将机床桁架与简支梁做横向对比，可以通过简支梁的弯矩图分析桁架，增加机械手 对桁架的作用力，我们可以画出如图1所示的力学分析图。在机床上桁架机械手有着很高的要 求，要求机械手有着效率高、可靠性强的要求，对于桁架的立柱选择，它要使桁架支撑稳定， 同时也要节省机床的整体空间，而对于大多数立柱的结构，都选取钢结构。2 .机械手及手臂2.1 机械手桁架机械手的作用就是起到运输的作用，它是使工件在上下料的轨道与机床内之间移动， 将加工后的零件从机床上拿出，再将要加工的零件从轨道上拿起，放到机床上。主要的动作就 是：爪张开，抓取，升降，左右移动。对于机械手的手爪设计有很多种方案和形式，可以根据 不同的需求，选择不同的设计方法。如图2所示。(1)机械自锁手爪：对于这种结构，设计者们非常喜欢，因为这种结构很受消费者的喜 欢，它的结构比较简单，但是在对抓取上也做了复杂的设计，为了防止在夹持零件时候脱落， 增加了自锁装置。连杆杠杆式手爪：这种结构可以从名字上得到启发，它的设计就是利用机械连杆机构，通 过连杆和杠杆的传递，使手爪夹持和松开，但这种机构有一个缺点，就是夹持力比较大。齿轮齿条式手爪：这种机构的传递性最好，动作反应速度最快，它是通过齿轮之间的传动 来控制手爪，可以实现速度上的突破。2.2 手臂对于桁架上机械手的手臂设计时，要考虑机械手臂的载荷，在运动上要实现快速运动，但 在机构上也要能承受力。在机床桁架上的机械手一般做直线运动，所以在考虑手臂设计时候， 一般选择液压直接驱动手臂，在机械手臂的液压缸选用上，要使液压缸的直径大一些，这样手 臂的整体强度比较高，而对于液压缸的校核可以通过以下公式进行核对：活塞杆直径的校核公式：式中：F活塞杆上的作用力；回活塞杆材料的许用应力。缸体壁厚的校核公式：式中：D缸筒内径；py缸筒的试验压力。桁架机械手的运动为机械手在桁架上做水平运动，到达指定位置后，机械手下降运动，手 爪夹紧工件，带动工件上升，逆向运动，将零件放置到轨道上，手爪松开，在这个期间内，有 几个位置PLC控制限位器，分别在机械手的下降和上升停止的时候。在机械手将零件从机床 夹持时候，下一个工件到待定区域，机械手结束这个动作后，回到待加工零件位置处，机械手 下降，夹持零件，将零件放置到机床内，机械手回到初始位置，PLC停止脉冲输出，机床进行 加工，机械手完成运动，桁架机械手往返做以上运动。3 .驱动系统对于机床桁架机械手驱动方式的选择可分为回转型和移动型，是通过手指的方法区分，要 是通过机械手夹持的不同可以分为内外两种。(1)气动驱动方式：这种控制方式是通过电磁阀来控制机械手，在通过利用气流调节阀 来控制机械手的运动速度，这种驱动的成本比较低，因为得到气体成本低。(2)电动驱动方式：在机床桁架机械手设计上，这种驱动方式使用最频繁，因为机床也 需要用电，而这驱动系统只是需要利用电机，就可以达到速度上的控制。(3)液压驱动方式：液压驱动方式是通过液压系统进行控制，它的好处就是可以实现连 续位置控制，同时传动刚度也大，液压驱动一般选择液压马达作为动力源，液压驱动元件的特 点见表1 O结语随着国内不断地发展，劳动力成本的不断提升，机床在自动化行业欢迎程度也随之提高， 但同时也要将机床的配套设施提高上去，尤其对于生产大批零件，机械手也变得尤为重要。对 于现代工业发展来说，机械手的发展速度还是不是很快，对于机械手的控制上要采用PLC控 制是最方便的，而对于机械手的发展要不断去开发，团结思想，通过集体设计者们的努力，不 要客观地设计，要将多元素有机结合起来。参考文献口陈奎生.液压与气动传动M.武汉：武汉理工大学出版社，2001.2王田苗，丑武胜.机电控制基础理论及应用M,北京：清华大学出版社，2003.机械设计手册，(第5卷)M.北京：机械工业出版社，2000.4刘明宝，吕春红，张春梅.机械手的组织机构及其技术指标的确定J.长春工业大学学 报，2004 ：621-623.5孙兵，赵斌，施永康.物流搬运机械手的研制J.机电一体化，2005 ：43-45.张启玲，何玉安.PLC在电气控制称量包装装置中的应用J.电气驱动，2005 ：55-57.