李龍平

摘 要 桁架機械手與機床是構(gòu)成自動加工生產(chǎn)線的主要設(shè)備，可實現(xiàn)全部工藝過程中的工件自動抓取、上下料、裝卡、工件移位翻轉(zhuǎn)、工件轉(zhuǎn)序加工等操作。不僅大幅提高了生產(chǎn)效率，而且也極大減少了人工成本，非常適合大批量、小型零部件的加工。

關(guān)鍵詞 桁架機械手;機加工;生產(chǎn)線

1機械手與手臂

1.1 機械手具有的特性

在自動線加工系統(tǒng)中最常見的一種輸送設(shè)施就是機械手。分析機械手的結(jié)構(gòu)與用途，將其歸為工業(yè)機器人的范圍。與工業(yè)機器人相比，桁架機械手給人的最初印象顯得不是那么華麗，智能化也略遜一籌。其實，機器人前面加有“工業(yè)”二字，說明二者實際上并無明顯差異。不管是多關(guān)節(jié)的機械手，還是帶有三個坐標(biāo)的機械手實質(zhì)上都屬于機械手。就金屬加工機床領(lǐng)域，機械手與工業(yè)機器人屬于機床的常用輔助設(shè)備，主要用于搬運與輸送。因此，對于主機性能來說，二者的功效是無差異的，均屬于主機開展自動化操作的組件。

工件與刀具對機床的加工性能會產(chǎn)生一定的影響。機械手的作用是搬運，不會直接參與到零件加工環(huán)節(jié)。機床主機選用哪種機械手需要考慮到多種因素，包括機床的加工形式，被加工零件的大小、形狀、重量特性以及儲料、搬運空間等。就桁架機械手而言，具有結(jié)構(gòu)簡單、搬運迅速、可靠、精準(zhǔn)等優(yōu)點，多用于直線形式的搬運。同時，由于具有柔性輸送的優(yōu)勢，多用于長距離變步距的物料運輸，而且組合便捷。柔性輸送是相對于剛性輸送的，后者屬于傳統(tǒng)自動加工線上的定步距輸送模式。

1.2 桁架機械手的結(jié)構(gòu)與工作原理

驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、主體是構(gòu)成桁架機械手的主要組成部分。根據(jù)結(jié)構(gòu)分類主要有兩種，包括順著二維直角坐標(biāo)系移動的機械手，直角坐標(biāo)型機械手。其中，龍門式結(jié)構(gòu)屬于其主體，主要構(gòu)成部分除了y向橫梁與導(dǎo)軌、z向滑枕外，還包括十字滑座、過渡連接板、基座、立柱等。交流伺服電機向z向直線運動提供動能，通過渦輪減速器實現(xiàn)對y向橫梁與齒輪的驅(qū)動作用。同時，z向滑枕上的齒條在伺服電機的作用下開始滾動，相關(guān)移動部件在導(dǎo)軌上快速運行。對于移動部件來說，要求質(zhì)量要輕，一般是z向滑枕與十字滑座，滑枕材質(zhì)為鋁合金。橫梁材質(zhì)為方鋼型材，在其上面配有齒條與導(dǎo)軌，利用滾輪與導(dǎo)軌接觸，而機械手就懸掛在上面（見圖1）。

1.3 手臂

在設(shè)計桁架機械手的手臂時需要研究手臂的載荷大小，能夠?qū)崿F(xiàn)快速運動，在機構(gòu)層面也能有較好的承受力。機床桁架上的機械手通常是直線運動，因此，在設(shè)計手臂的過程中通常會采用氣缸驅(qū)動手臂的方式，盡量選擇直徑大一點的氣缸可增強手臂的整體強度[1]。

1.4 驅(qū)動系統(tǒng)

①氣動驅(qū)動方式：主要利用電磁閥對機械手進行控制，借助氣流調(diào)節(jié)閥完成對機械手運動速度的調(diào)控。這種驅(qū)動方式成本低廉，因為獲得氣體比較容易。②電動驅(qū)動方式：此種驅(qū)動方式在機床桁架機械手設(shè)計中經(jīng)常會用到，由于機床會用電，驅(qū)動系統(tǒng)只是利用電機就可控制速度。

2桁架機械手在柔性加工自動線上的應(yīng)用

2.1 桁架機械手自動線輸送裝置的發(fā)展現(xiàn)狀

最初的自動線采用的是剛性加工自動線，其主要組成部分包括擺桿、升降步、棘輪棘爪、機動滾道等。伴隨加工中心機床的不斷發(fā)展，柔性加工自動生產(chǎn)線形成，它是由機床構(gòu)成的自動生產(chǎn)線，并非過往的傳統(tǒng)自動生產(chǎn)線（組合機床組成）。配置有桁架機械手的自動管路，再結(jié)合機床配置可隨意改變輸送機的距離。傳統(tǒng)的剛性輸送模式是機床間的安裝位置以及機床運行需根據(jù)輸送步距或步距倍數(shù)來嚴(yán)格安裝，柔性輸送模式則沒有上述要求，傳輸速度也可參照生產(chǎn)節(jié)拍與輸送機的距離進行調(diào)整。柔性運輸模式的一個優(yōu)點在于當(dāng)加工零件的產(chǎn)品有了變化后，只需對輸送機程序及機械手的局部結(jié)構(gòu)進行調(diào)整即可，無需對輸送零件作任何調(diào)整。桁架機械手比較先進的一點在于實現(xiàn)了自動加工線的自動化與智能化。近年來這種機械手在柔性加工自動生產(chǎn)線領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，借助信息流系統(tǒng)就能對整個生產(chǎn)過程進行控制。在加工與運輸工件的時候，計算機與其他控制設(shè)備根據(jù)獲得的相關(guān)信息負責(zé)對機器或運輸設(shè)備進行控制。信息流系統(tǒng)的組成部分包括中央管理計算機、物流控制計算機、單元控制計算機、數(shù)控機床和信息傳輸網(wǎng)絡(luò)。

2.2 國內(nèi)外在桁架機械手方面的差距

近年來中國機床行業(yè)發(fā)展迅速，相關(guān)技術(shù)工藝有了明顯的進步。部分機床生產(chǎn)制造水平與西方基本無差異。但在柔性加工自動線技術(shù)方面，我國與國外仍存在一定的差距。在國外桁架機械手多用于柔性加工自動線上，但國內(nèi)卻較少。目前，我國汽車生產(chǎn)企業(yè)所用的桁架機械手柔性加工自動線一般都是從外國引進的。究其原因主要是國產(chǎn)的桁架機械手的技術(shù)水平仍與外國存在不小的差距。最初大連機床集團生產(chǎn)的柔性加工自動線所使用桁架機械手也是進口的，那時國內(nèi)無一家生產(chǎn)桁架機械手的企業(yè)。今天國內(nèi)也出現(xiàn)了一些生產(chǎn)桁架機械手的企業(yè)，為國產(chǎn)柔性加工自動線帶來了一些希望。桁架機械手屬于柔性加工自動線中的核心構(gòu)件，需完成多個、單獨動作，需要盡快突破一些關(guān)鍵技術(shù)問題。

總之，隨著制造產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級發(fā)展，自動加工生產(chǎn)線的應(yīng)用也越來越多。在此過程中桁架機械手會發(fā)揮出積極的作用。相信在不久的將來國內(nèi)桁架機械手的生產(chǎn)制造水平也會有重大突破，國內(nèi)企業(yè)攻克了相關(guān)技術(shù)難題，帶動國產(chǎn)柔性加工自動線邁上新的發(fā)展臺階。

參考文獻

[1] 周昱晗.桁架機械手自動加工生產(chǎn)線上的應(yīng)用[J].科學(xué)與財富，2015，22（10）：196-197.