孟宇
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摘 要：机械手设计在数控机床中起着较为重要的作用，其好坏直接决定数控机床的工作效率以及工作质量，机械手设计是上下料开工中最为重要的技术环节，直接关系着数控机床的运行质量和数控机床运转的效率。所以，在数控机床上下料机械手设计中，必须掌握机械的运行特点，设计好机械手结构。基于此，笔者对数控机床机械手的各结构进行分析，着重阐述机械手的手爪、手臂、手腕以及其传动结构的设计，介绍机械手各个部件设计的具体流程，使相关工作人员能够更好地掌握机械手的结构设计。
关键词：数控；机床；机械手；机械结构
数控机床上下料机械手是当前生产制造里不在的操作设备，其具体控制是由PC开放控制进行操作运维，以此来提升机床生产制造水平。另外数控机床上下料机械手在系统上具有高度集成化的特点，方便统一管理和控制，并具有高度的安全性，能够保证机床整体运行安全高效。
1 优势分析
现如今，我国大部分的工厂在数控机床工作中，仍是由人工进行机床上工件的装卸。这种传统的作业方式不仅仅导致工人工作强度高不利于身体健康，还会影响工厂生产效率和生产质量，对于企业和工人都有着不良的影响。而本文提到的数控机床上下料机械手则能够良好的克服这一问题，大幅提升作业效率，并提升搬载能力，实现生产效率最大化。另外由于传感器的参与可以保证设备在运行过程中得到最优调整，对于机床整体运行起到优化和综合管控的效果，大大提高了作业效率和安全性。
2 机械手各部件的设计分析
2.1 机械手爪的结构设计
设计机械手爪时，一是要考虑在数控机床的工作过程中机械手爪出现问题时，相关工作人员能够轻松地进行维修；二是要符合相关的流程；三是要考虑到设计过程中的成本。故根据以上的要求，在设计机械手爪式可设计杠杆式手爪，利用活塞的推力作用，使各结构完成联动，从而使手爪做出放松和夹紧的动作。其在工作过程中会出现比较大的夹紧力，可能会产生一定的危险，所以机械手爪一般与弹簧结合起来使用。机械手爪的主要作用为装卸数控机床工件，机械手爪的类型较多，根据机械手爪的工作方式不同，可分为搬运式、加工式、测算式手爪，实际应用中应根据数控机床操作过程中的要求，选择合适的机械手来完成相关的操作。设计机械爪式要尽量小巧、结构紧凑以及强通用性。另外还要考虑在工作人员维修便捷性；和设计成本。故根据以上的要求，在设计机械手爪式可设计杠杆式手爪，利用活塞的推力作用，使各结构完成联动，从而使手爪做出放松和夹紧的动作。其在工作过程中会出现比较大的夹紧力，可能会产生一定的危险，所以机械手爪一般与弹簧结合起来使用。
2.2 机械手腕的结构设计
机械手腕位于机械手操作机的最末端，其主要作用为连接机械手臂与机械手爪。机械手腕应体积小、重量轻，设计时根据机械手实际的工作内容来确定机械手腕活动的自由度。一般来讲，机械手腕的自由度数越多则机械手腕越灵活，但在提高机械手腕的自由度数目的同时，工作成本也会随之大大提高，机械手腕的工作结构也会变得更为复杂，工作人员对机械手腕的控制也会更加困难，所以在设计机械手腕的自由度时，要根据相应的工作情况来加以确定。在工作中，机械手腕应有一定的刚度以及强度，这样才能使工作顺利进行。此外，机械手腕在工作时，如果超出其工作上限，机械手腕很容易损坏，所以在实际工作时应在机械手腕各个关节转动的地方设置限位开关。
为了在工作中保证数控机床的精确度，在设计机械手腕时要降低机械手腕关节连接的复杂程度，既要符合工作需求，同时还要保障工人的安全以及任务的可靠性，在具体的工作中，机械手腕保持在3个自由度完全能够保证工作的进行。
2.3 机械手手臂的结构设计
在设计机械手手臂时，应令其各个关节都保持平行，同时在设计时要尽可能地在机械手手臂的材料上减轻机械手手臂的重量，这样才有利于机械手手臂对机械手的控制。可以利用液压进行驱动的方式降低机械手手臂的控制难度，同时在管理控制时，尽量不要人工操作，而是使用计算机来进行管理控制。在实际的工作中，机械手手臂的结构不能过大，所以不能通过增大液压缸直径的方式来提高机械手臂的刚度，为了达到工作的需求可以在其大臂处增加几个导杆，制作导杆时，需采用空心结构，这样可以较好地减小机械手手臂的重量，并且还可以提高机械手在运动时的运动刚度与稳定性，从而解决机械手在结构上存在的问题。
2.4 机械传动结构的设计
机械手在运行过程中，其精度、稳定性以及响应能力都受机械传动部件的影响。在具体工作中，机械手需要有一定的运动速度和控制精度，所以在设计机械手传动结构时，应保持其小巧轻便，同时具有较为紧凑的结构，从而保持机械手在工作时具有一定的响应速度。此外，为了降低反向空回过程中产生的误差，应尽可能地在其工作时使用间歇调整的机构。在日常生活中，螺旋传动、齿轮传动、链传动以及同步传动都较为的常见。在设计机械手手臂时，选取液压缸作为设计材料，可以简化机械手的结构，提高机械手的精度，不再需要使用中间的传动机构。在设计机械手腰座的回转时，因为采用了不仅电动机进行驱动，但直接的驱动元件不能使用电动机，所以在经过实际操作的一系列对比之后，发现圆柱齿轮传动较为符合条件。在机械手工作的过程中要有较为高的控制精确度，所以应使电机的转动速度尽可能降低，使机械手在工作过程中能够保持较为平稳的运转。在选择齿轮进行传动时，要选用一级齿轮，以及传动较大强度较高，并且硬度较大的材料制造机械手的机械传动。
2.5 机械手手臂的平衡结构设计
机械手在实际工作中，机械手手臂的平衡结构发挥着掌控运行速度以及使驱动器负载的作用。平衡装置不仅可以使驱动器的负载降低，并且还能大大减少启动时间。在实际工作中，弹簧平衡机构结构较为简单，且造价成本较低，维修起来也十分方便，所以在机械手手臂的平衡设计时常应用弹簧式的平衡机构。此外，提高机械手的平衡机构在设计机械手的过程中起着较为重要的作用。另外，在设计机械手时，圆柱坐标式的结构应用较为广泛。在设计整个机械手的过程中，应重点考虑机械手手臂平衡结构的设计，布局要合理，这样才能在机械手实际运作时得到较好的平衡性，使系统在运转时获得整体上的平衡。例如，弹簧式的平衡机构可以满足机械手的平衡要求，从而有效解决机械手在平衡方面的问题。
3 结语
综上所述，数控机床机械结构设计是一项复杂的，综合性较强的设计工作。因此，合理地对机械手的机械机构进行设计，不仅可以提高机械手的工作性能及其工作效率，还能获得较大的经济效益，使机械手在具体的工作中发挥其应有的作用及价值。
参考文献
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