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铝合金轮毂铣削上下料机械手设计 一、前言部分（说明写作的目的，介绍有关概念、综述范围，扼要说明有关主题的或争论焦点） 机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置 1。在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手。现在工厂里对轮毂的铣削加工一般还是靠人力来上下料，费时费力。在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度， 工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用， 由此开发出一种能够 实现轮毂铣削上下料机械手 设计的任务很重要。 国外汽车 (主要是轿车和轻型车 )、摩托车均已广泛使用铝合金整体轮毂， 国产轿车、轻型车和摩托车以铝合金整体轮毂替代辐条 (板 )式钢轮毂也是必然趋势 2。 铝 合金的力学性能虽然比不上钢材，但通过结构、壁厚、选材、热处理、抛丸等强化措施来提高材质和产品本身性能，完全可以满足整车对安全的要求，而且还 ， 具有钢车轮无法比拟的许多优点节能、安全、舒适、美观等 3。 物料搬运机械手一般为坐标式机械手，由机械手装置和控制系统两大部分组成，用 为主控器，来控制整个机械手的运行，控制系统采用标准模块化设 计，主要由 块、电源模块、机械手控制模块等组成。物料搬运机械手在高温、重载、多粉尘的危 险环境中应用普遍，不但减轻了工人的劳动强度，还大大提高了劳动生产率。 二、主题部分（阐明有关主题的历史背景、现状和发展方向，以及对这些问题的评述） 铝合金轮毂的生产方法主要有铸造法、锻造法，冲 压法等 4，在这些方法中如果能应用到机械手将会使轮毂的加工省时省力，提高轮毂加工的工作效率。 目前机械手的 种类有很多种，有吸盘 式、夹持式等， 功能越来越强大，能夹持的 工件的类型也越来越复杂。夹持器部分可以选择夹持手指抓取一般工 件，也可更换负压式真空吸盘，以吸附薄型或平板型工件，使机械手使用范围更广。采用气压传动，动作迅速，反应灵敏，能实现过载保护，便于自动控制，阻力损失和泄漏较小，绿色环保。采用可编程控制器实现气动系统的控制，结构简单、成本低，当被加工零件发生变化时，不需要改变硬件，只需重新编程调试控制系统指令即可，调试维护方便，效率高，符合企业的需求。 针对小型带有平面的注塑件拾取，设计了基于气吸盘的注塑件拾取机械手，广泛应用于带有小平面的盘类、板料物体的搬运 5。 这种 气吸盘式 的 机械手 它主要由卡爪、大圆盘、小圆盘、导柱、上平 板、下平板、大气缸、小气缸、 连杆 、滑环等组成， 有三个自由度，分别为应用步进电动机实现的绕 用 一个 气缸实现的水平伸缩，和另一个 气缸的垂直升降三个自由度。该机械手的气吸盘应用直径为 660用负压发生器与气吸盘串联在一起，当有高压气体通过负压发生器时，气吸盘呈现负压，在与吸附物体表面良好接触的情况下，可吸起重达 物体 ， 机械手主要的功能为对盘类、块类等具有小平面的注塑件的拾取，其工作空间为环形柱状空间。在采用 三种 混合步进电动机时，可拾取带有小平面重量在 实现 180度 旋转，在水平直径范围曲 300 700直位移 应用于多种工作场合。 生产线搬运 工作在现代企业中占有重要地位 ，用人工来 完成 这项工作 费时费力，如果能够实现轮毂能用机械手的上下料工作，能够提高轮毂的铣削效率 ， 河南汝州天瑞集团设计了一种盘式 零件 搬运 连杆 机械手 6。 该机械手的发明相对来说较成熟，设计的巧妙之处在于有自锁装置，即 在意外情况下，气源气压不足或者断气、断电，卡 爪 必须保持抓紧车轮状态，不许松开，以免砸伤动平衡 机 和生产线。通过合理设计 连杆 长度、 滑环的 行程等，使得 抓紧状态下连杆水平，处于机械死点实现 。 该连杆式机车车轮机械手是一种设计新颖、实用的新型 专用机械手，能很好地完成特定工位的车轮 搬运 操作，工作中平稳，夹紧时 定位可靠 ，能实现机械自锁，结构刚性好，能很容易地实现 不同种 规格车轮 的 通用 。 广泛应用予 类似 生产线搬运，可极大地降低 劳动 强度，提高工作效率，安全 ，可 靠性高，为类似设计提供了一个很好的思路和范例。 20世纪 80年代中、后期，美国、德国等发达国家已在车轮生产线上实现了车轮搬运的自动化，最近几年我国在类似生产线中的自动搬运技术也得以较快的发展 7。 但是 现有的搬运机械手 目 前大多数情况下仍 存在着抓取不可靠、运动中有抖动、断电不能自锁、 定位不精确等问题。上述的 河南汝州天瑞集团 设计的机械手实现了断电自锁的功能，但是由于需要加工的圆盘类零件的尺寸不固定，像汽车铝合金轮毂这一类的加工的直径尺寸有很多种，若机械手设计的不合理，可能会出现定位不精确问题 。 对于用常见的单支点和双支点回转型手爪，抓取圆柱体工件的工业机械手来说，当被抓取工件的直径不同时，工件的中心相对于手指的定位基准点必然会产生偏移量 8， 现在已有人提出了一种解决方法，利用解析法及包络线原理，通过 对手爪 夹持不同直径的圆形工件时，其圆心的偏移量始终保持为零。 轮毂拆装造成的停机时间往往会严重影响到生产效率，长期以来，轮毂上下料安装的全过程，只能依靠人力手工完成，而没有专门的设备，导致生产效率低，劳动强度大，作业安全无法保证。设计一种能够代替人力，操作简单，安全实用，适用于轮毂安装、搬运需求的设备成为当务之急。针对这一问题，我们设计轮毂铣削上下料机械手，它极大缩短了轮毂更换时间，减小了劳动强度，提高了工作安全性，保证了设备的运行效率和生产力。 建造旋转零件（转轴、盘类、环类） 自动线，一般都采用机械手在机床之间传递零件。国内这类生产线很多，如沈阳永泵厂的深井泵轴承体加工自动线（环类），大连电机厂的 4号和 5号电动机加工自动线（轴类），上海拖拉机厂的齿坯自动线（盘类）等。加工箱体类零件的组合机床自动线，一般采用随行夹具传送工件，也有采用机械手的，如上海动力机厂的气盖加工自动线转位机械手 ；卡具需要针对不同的工件非标设计，设计中要考虑：（ 1）装配工艺位置的适应性；（ 2）装卡工件要方便快捷；（ 3）释放工件要安全迅速；（ 4）对工件及车身、机床的安全防护；（ 5）考虑刚性、强度、使用轻便 9。 。 三、总结部分（将全文主题进行扼要总结，提出自己的见解并对进一步的发展方向做出预测） 在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间， 常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作， 机械行业，随着人工成本增加，少用人工和无人车间是今后的发展趋势，就轮毂行业来说，采用机械手配合全功能数控机床是未来发展 趋势 10，但 是 在机械工业中，加工、装配等生产很大程度上不是连续的。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有 75%是小批量生产；金属加工生产批 量中有四分之三在 50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的 5%。从这里可以看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。目前在我国机械 手常用于完成的工作有：注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传送 到下一个生产工序 ；机械手加工行业中用于取料、送料；浇铸行业中用于提取高温熔液等 。 从以上可以 看出 ， 目前的机械手发展日渐完善， 抓取 更加 可靠、运动 更加平稳 、断电能 实现 自锁、 定位更加精确， 若能够实现铝合金轮毂铣削上下料机械手 这些功能 ，对于提高 轮毂的铣削效率，实现轮毂的 自动化加工有很好的参考价值。 四、参考文献（根据文中参阅和引用的先后次序按序编排） 1 曾时金 2 郑祥健，金龙兵，王国军，陶志民 . 铝合金轮毂的生产和市场现状 J2004,32(7). 3 陈义 4 王昕 J. 轻合金加工技术 2001,29(4) 5 沈孝芹，张蔚波，于复生 ， 陈继文 ， 李巍 2008(8) 6 王忠伟 ， 马永寿，张洛