数控机床上下料机械手的机械结构设计探讨

数控机床上下料机械手的机械结构设计探讨摘要：改革开放以来，中国经济水平和综合国力实现了跨越式发展。工厂的卸装生产线也由原来的人工操作发展成为机械化操作，大大解放了生产力。但机械化操作水平还达不到人们的期望和要求，所以现代化的数控机床生产线被研究人员设计出来并投入使用。数控机床最大的优点就是智能化和无人化，本文针对其上下料机械手展开讨论。主要阐述数控化机械手的现状、结构设计及零件设计要点等，希望为有关工作人员提供一定的参考。关键词：数控机床；现状；上下料机械手；结构设计；零件设计引言：时代在进步，科技也在不断发展。科学技术在工业生产和日常生活中得到大量普及，人们对机械设备的自动化和安全化程度已不再满足于传统最基本的要求。数控机床作为我国最先运用于生产的自动化控制系统，为生产带来便利的同时也为企业创造出巨大利润。但数控机械手目前还处于初期发展阶段，还存在着很多不足之处急需改进。我们应该在现有的基础上加快自动化生产线的研究和改进。对机械手目前状况的大致介绍在这个阶段，中国正处于蓬勃发展的重要时期，支持各项科研事业。特别是对于全自动数控机床生产线，国家对机械自动化生产支持力度不断增大。中国现有装卸机械手的概述主要体现在以下几个方面：首先，从机械结构的角度来看，中国的机器人设计正朝着模块化和灵活的架构发展。其次，上下料机械系统的中枢控制系统PC机的改进和完善也被重视起来，中枢控制相当于人类的大脑，控制着各个分支工作的正常运转，因此必须避免其发生故障。PC机的完善会使上下料更加顺畅，机械手装夹物品精度提高，工业生产线的网络化和集成化程度也大大增加。同时机械架构的模块化功能也能得到非常好的发挥和体现。中央控制系统的加强，使得数控机床的安全程度和可靠程度提升到更高的层次，对机械手的定期检查和维护工作也变得简单快捷。同时现阶段，中国对传感系统的研究和改进也正在迅速发展。无论是何种机械设备，没有了传感系统就像是一个人没有了直觉，就无法对外界的一系列活动做出反应，因此，传感系统在机械设备中起着其他系统无法替代的作用。目前，传感系统主要包括速度、位置、视觉、听觉、和触觉传感等，全方位的运用使得机械手更加灵敏化和智能化，其精度也大大提高。最后，机械手还应用于机械零部件的装配以及零件的焊接，其发展的目标也由传统的零散人工化转变为系统化及智能化。总之，我国目前的机械发展水平空白还较大，需要加快研究和发展。结构设计的相关介绍我国目前有四种主要类型的机械设备结构：笛卡尔坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结构和关节结构。圆柱坐标操纵器需要依靠一个回旋运动和两个直线型运动来实现其空间动作。相对而言，该类机械设备结构简单，精度高，常用于生产线运输作业。机械手手臂的伸缩和立柱升降是线性的，另一个是手臂的旋转动作，所以自由度的数量是3。综上所述，为了满足数控机床的设计要求，我们选用圆柱坐标机械设备，因为圆柱坐标机械手结构简单易操作，精度高，工作范围比较大［2］。当然，在坐标系的选用上也需要根据数控机床的实际情况而定，当数控机床发生变化圆柱坐标系不再适用时。工作人员可根据现场情况酌情选择其他坐标系。机器人部件的设计和注意事项手爪的设计和相关注意事项夹具是用于执行操作和工作的装置。机械设备手爪必须根据设备的操作要求设计。在满足操作要求的基础上，机械手的爪子还必须体积小，重量轻，结构紧凑，通用性强。同时，它易于安装和维护，并且易于实现计算机控制。结合具体的工作条件，本设计采用连杆式爪结构。连杆杠杆型爪作用在活塞的推力上，连杆和杠杆使夹紧爪夹紧或松弛。由于杠杆的力放大，这种把手可以产生大的夹紧力，该夹紧力通常与弹簧一起使用。手腕的设计及相关注意事项机器人的手腕是机械手的末端。因此，手腕设计应尽可能小巧轻便。根据工作需要设计机械手腕部的自由度。通常，自由度的数量越大，手腕的灵活性越大，并且适应工作的能力越大。然而，自由度的增加将不可避免地使手腕的结构更复杂，控制更困难，并相应地增加成本。因此，应根据实际操作要求确定手腕的自由度。为了确保力的传递和工作期间的运动连续性，腕部结构必须具有足够的强度和刚度。应提供可靠的传动间隙调节机构，以减少空回程间隙，提高传动精度。手腕的末端通过限位开关旋转，并设置硬限制以防止由于过量引起的机械损伤。通过对数控机床装卸作业的具体分析，考虑数控机床加工的具体形式和手工切削加工的具体要求。在满足系统要求的前提下提高安全性和可靠性，使机器人的结构尽可能简单，为了降低控制难度，这种手腕的设计并没有增加自由度，而实践证明，这完全可以满足操作要求。完成机器装载和卸载的三个自由度就足够了。手臂的设计及相关注意事项机械设备工作期间机器人手臂必须承受一定的负荷。并且机械手运动本身具有一定的速度，且工作空间的形状和尺寸与机器人臂的长度和臂关节的旋转范围密切相关。因此，臂的尺寸应设计成满足工作空间要求。同时，为了提高机械手的速度和控制精度，应确保臂具有足够的强度和刚度。尽量减少结构和材料上臂的重量；为了提高机器人手臂运动的响应速度并减小电机负载，机器人手臂应尽可能地相对于其关节旋转轴平衡；还必须使机器人臂的关节轴尽可能彼此平行，并且彼此垂直的轴应尽可能地相交。这可以简化操纵器的运动学并且便于操纵器的控制。由于机器人手臂的运动是线性的，并且考虑到操纵工件的重量，机械手的动态性能和运动的稳定性，安全性和高刚性要求，因此选择液压驱动方式。液压驱动模式由液压系统控制，其特点是传动刚度大可实现连续位置控制。它由液压缸直接驱动，液压缸既是驱动单元又是运动部件，因此无需设计额外的执行器。液压缸可实现直线运动，控制简单，计算机控制方便。由于控制和特定的工作要求，机器人手臂的结构不应太大。因此，在设计中另外增加了导杆机构，并且在臂上增加了两个导杆，它们与活塞杆形成等边三角形横截面，以最大化其刚度。在动臂上增加了四个导杆，它们以规则的四边形排列。增加导向杆数量可以显着提高机械手的机械刚度和稳定性，更好地解决结构稳定性问题。平衡机构设计及相关注意事项关节操纵臂通常需要平衡装置以减少驱动器上的负载并减少启动时间。弹簧平衡机构简单，成本低，操作可靠，平衡效果好，易于维护，使用广泛。机械手使用圆柱坐标结构，机械手的平衡考虑了机械臂的结构设计以及整个机械手的设计和布局。通过合理地布置和优化设计结构，臂本身尽可能地平衡。如果在实际工作中平衡结果不令人满意，工作人员可以将弹簧平衡机构设置为平衡［4］。4结束语数控机床作为我国科技发展的新兴产业，因其的自动化和智能化为企业创造巨大经济效益的同时也方便了人们的生活。然而，由于发展的初始阶段，在需要改进的各个方面仍存在许多缺点。本文主要阐述数控化机械手的现状、结构设计及零件设计要点，希望为相关工作人员提供一定的参考。机械手的设计和不断改进是工业生产效率提高的前提条件，只有对机械手的研究重视起来，才能快速推动我国的工业化进程。参考文献：柳光涛，钟