车忠堂
滨州渤海活塞有限公司 256602
摘要：基于科学技术的应用及发展，在确保产品质量的前提下，唯有实现劳动生产率的提升与生产成本投入的减少，才能让产品更具市场竞争力，所以机械自动化已然是大势所趋，所以应运而生出用处不同的各种机器人。出于劳动生产效率的提高与自动化生产，作为小型机器人代表的机械手，因为机构较为简单所以近些年获得多种行业的欢迎。我国现有机械手结构不仅成本高昂，而且设计复杂。开发可以满足市场需求的数控车床机械手，对于机床未来的智能化发展具有巨大的现实意义。对此，文章将着眼数控车床简要分析机械手的相关应用。
关键词：数控机床；机械手；应用路径
引言：对于机械手而言，其仅是数控机床中一个重要配件，虽然机械手在国内起步的时间不是很早，可是因为该产品的综合性能相对优越，所以，数控车床机械手才能获得广大消费者的青睐，而且实际上应用这种设备会带来很多好处。例如，博立斯数控车床机械手，其所选择制作材料具备较好的抗腐蚀性，因为该制作材料自身的特殊性，该产品即便是长期搁置也能够保证产品性能的有效发挥。
1.数控车床机械手技术要点分析
1.气缸固定支座结构
机械手横臂在水平方向进行运动，而且于横臂上应开展重复多次定位，借助大跨度气缸来达成这一需求。出于确保其能精准定位，一定要合理设计固定支撑结构，具体如图1所示。要将在门架两端直接固定气缸，那么气缸极易遭受来自向下重力的实际载荷影响，从而致使气缸形成向下变形，直接影响到水平方向的定位精度。
图1：变形向下弯曲示意图
1.1门架结构
出于避免由于气缸变形而对定位精度造成影响的这一问题，在进行方案设计时形成门式支架结构的思路，将气缸放置于门架的水平横梁上，确保气缸在承载后不发生变形，具体示意如图2。该结构主要由横梁、立柱以及基座这三个部分组成，图3为焊接门架横梁示意，图4为横梁剖视图。出于避免其变形由两根槽钢进行焊接形成，用螺栓将两端固定于立柱。
在立柱部分采取双钢板、双槽钢进行焊接，避免于单根槽钢上面形成压力。横梁宽度应等于钢板宽度，这样的结构能大幅度提高立柱自身的稳定性。把厚度是15mm的钢板焊接在立柱的顶部，螺栓由螺纹孔与横梁槽钢2进行连接。厚度为10mm的钢板在立柱底部焊接，在机械手后放置门架会由于其自重而形成扭矩与载荷，出于确保门架在地面上固定的稳定性，则应以脚座加以连接，使用水泥基础与地脚螺栓在地面上固定这一整体结构。因为立柱部分、横梁部分都是用螺栓进行连接的，出于满足其对中需求，应将调节槽设置在脚座部，通过适当调整让整体机构可以顺利进行组装。
1.2承载能力分析
关于门架结构，不仅会受到自身重力影响，还会被机械手各个模块重力所影响。机械手部件质量汇总如下：
表1：机械手部件质量汇总表
例如门架槽钢材料如果是，那么许用应力[]=Mpa，作用于门架的平均应力计算方式为：。
通过公式计算最后平均应力是，由于因此该门架结构很安全[1]。
1.3机械手防侧翻结构
对安装方式加以改变，可以将气缸遭受的转矩作用轻松消除，转换成仅承受静负载力作用，避免气缸发生侧翻。在机械手直臂位置设计安装一个配重件，让其形成和原本静转矩方向相反、大小相同的作用，将原有转矩抵消，具体如图5，其结构设计示意如图6，在A面连接直线导轨副滑块；而B面连接气缸滑块；机械手直臂和C面连接。这样在转矩抵消的基础上，还需顾及到运行过程中的稳定性与能否造成干涉。根据有关设计需求，的行程是，基本和气缸长度相等，精度等级是，可以满足在水平方向上气缸的定位精度标准，型号是，图7为其外形示意图。在直线导轨上需在每间隔的位置设计安装孔，而且于横梁侧面间隔位置设计螺纹孔，主要用于直线导轨的安装。改变滚动直线导轨副的实际摩擦方式，将原来的滑动摩擦变为滚动摩擦，减少摩擦阻力而且可以承受来自4个方面的载荷，具备刚度高、载荷高以及刚性好等优势，适合应用的场合有很多。在文章谈及的系统中避免气缸造成侧翻由直线导轨副实现，承受转矩（如图8）数值是，这样气缸可以实现防侧翻。
2.上下料机械手设计分析
2.1总体设计
依据工件重量、规格以及加工节拍能够将机械手划分为内藏式与桁架机械手。把机械手当做工件由料仓至卡盘的桥梁。其中内藏式的形式相对简单，不仅成本低廉而且具有较快换料时间，适合由于在中、小批量单机的上下料，而且针对工料仓提出的要求不高。桁架机械手动作具有较高平稳性，且整体协作性能出色，适合应用在轴承大批量生产的工业。接下来，文章将对这种机械手加以简要分析。
2.2机床配套要求
2.2.1主轴上方吹气
处在无人运转情况下，出于保持加工精度及安全性，应该在每次加工之后，将卡盘位置的切屑清理掉，保证工件夹持不会受到切屑的干扰。
2.2.2卡爪行程检测
无人运转的数控车床，出于保证工件夹持紧实与正确，应在卡盘部位设置卡爪行程测试设备，用于检验其能否满足夹持正确的行程，让车床运行更加可靠安全。
2.2.3控制接口
数控车床系统对智能化机械手加以控制。出于连接机械手与车床等有关辅助设备，所选的连接接口为控制单元藉接点驱动设施[2]。
2.2.4检测刀具
数控车床应具备刀具检测模式，避免由于刀具磨损而对加工的工件质量造成影响。
2.2.5刀具要求
具备断屑功能。
2.2.6自动门
避免机械手在换料时飞溅切屑或是油水，降低吹气时发出的噪音；此外自动门因为具有较短的行程开闭时间，从而提升设备移动率。
结束语：将机械手与机床设备一起构成柔性加工或者是柔性制造单元，其更好地适应中批量、小批量生产，不仅结构紧凑且具有更强的适应性。在工件发生变更的情况下柔性生产系统也会发生改变，有助于企业及时对适销对路的产品进行更新，在提升产品质量的同时使其满足市场竞争需求。国内工业机器人技术与应用程度，现阶段依然和国外存在一定的差距，产业化水平与应用程度均较低。所以，针对机械手开展深入研究设计是尤为必要的。
参考文献：
[1]孔祥志，刘春时.一种数控车床的摆臂式机械手设计[J].机械设计与制造，2011(06):169-170.
[2]贾传圣.数控车床给料机械手的研制及应用[J].电气时代，2001(03):18-19.
姓名：车忠堂 出生年月：1978.11.18 性别：男 籍贯：山东省滨州市 大学学历 职称：工程师 研究方向： 机械设计及自动化 单位：滨州渤海活塞有限公司 邮编：256602