机床机械桁架机械手的设计与结构分析

摘 要：在制造业机械手是一个非常有名气的词组，机械手是自动化生产线上不可缺少的一部分，它的出现使生产行业更方便更快捷，它的优势就是灵活、运动惯性小，可以代替人手去完成相应的工作，而在大型机床上也有机械手的应用，它是附着在机床桁架上，通过分析机械手在生产中的应用，总体布局，以及驱动系统，最终确定机床桁架机械手，而在制造行业内，通过机床桁架机械手的应用，提高了机床的自动化程度，同时也增加了机床加工中的安全性、可靠性。

关键词：机构分析；机械手；驱动系统

中图分类号：TH16 文献标识码：A

1.总体结构

机床桁架机械手的设计和分析，可以从两部分分析，一部分是桁架，另一部分是机械手，对于桁架的分析，可以简化成梁的分析，它的机构就类似于力学当中的结构梁，从力学的角度分析，可以将机床桁架与简支梁做横向对比，可以通过简支梁的弯矩图分析桁架，增加机械手对桁架的作用力，我们可以画出如图1所示的力学分析图。在机床上桁架机械手有着很高的要求，要求机械手有着效率高、可靠性强的要求，对于桁架的立柱选择，它要使桁架支撑稳定，同时也要节省机床的整体空间，而对于大多数立柱的结构，都选取钢结构。

2.机械手及手臂

2.1 机械手

桁架机械手的作用就是起到运输的作用，它是使工件在上下料的轨道与机床内之间移动，将加工后的零件从机床上拿出，再将要加工的零件从轨道上拿起，放到机床上。主要的动作就是：爪张开，抓取，升降，左右移动。对于机械手的手爪设计有很多种方案和形式，可以根据不同的需求，选择不同的设计方法。如D2所示。

（1）机械自锁手爪：对于这种结构，设计者们非常喜欢，因为这种结构很受消费者的喜欢，它的结构比较简单，但是在对抓取上也做了复杂的设计，为了防止在夹持零件时候脱落，增加了自锁装置。

连杆杠杆式手爪：这种结构可以从名字上得到启发，它的设计就是利用机械连杆机构，通过连杆和杠杆的传递，使手爪夹持和松开，但这种机构有一个缺点，就是夹持力比较大。

齿轮齿条式手爪：这种机构的传递性最好，动作反应速度最快，它是通过齿轮之间的传动来控制手爪，可以实现速度上的突破。

2.2 手臂

对于桁架上机械手的手臂设计时，要考虑机械手臂的载荷，在运动上要实现快速运动，但在机构上也要能承受力。在机床桁架上的机械手一般做直线运动，所以在考虑手臂设计时候，一般选择液压直接驱动手臂，在机械手臂的液压缸选用上，要使液压缸的直径大一些，这样手臂的整体强度比较高，而对于液压缸的校核可以通过以下公式进行核对：

活塞杆直径的校核公式：

式中：F――活塞杆上的作用力；[σ]――活塞杆材料的许用应力。

缸体壁厚的校核公式：

式中：D――缸筒内径；py――缸筒的试验压力。

桁架机械手的运动为机械手在桁架上做水平运动，到达指定位置后，机械手下降运动，手爪夹紧工件，带动工件上升，逆向运动，将零件放置到轨道上，手爪松开，在这个期间内，有几个位置PLC控制限位器，分别在机械手的下降和上升停止的时候。在机械手将零件从机床夹持时候，下一个工件到待定区域，机械手结束这个动作后，回到待加工零件位置处，机械手下降，夹持零件，将零件放置到机床内，机械手回到初始位置，PLC停止脉冲输出，机床进行加工，机械手完成运动，桁架机械手往返做以上运动。

3.驱动系统

对于机床桁架机械手驱动方式的选择可分为回转型和移动型，是通过手指的方法区分，要是通过机械手夹持的不同可以分为内外两种。

（1）气动驱动方式：这种控制方式是通过电磁阀来控制机械手，在通过利用气流调节阀来控制机械手的运动速度，这种驱动的成本比较低，因为得到气体成本低。

（2）电动驱动方式：在机床桁架机械手设计上，这种驱动方式使用最频繁，因为机床也需要用电，而这驱动系统只是需要利用电机，就可以达到速度上的控制。

（3）液压驱动方式：液压驱动方式是通过液压系统进行控制，它的好处就是可以实现连续位置控制，同时传动刚度也大，液压驱动一般选择液压马达作为动力源，液压驱动元件的特点见表1。

结语

随着国内不断地发展，劳动力成本的不断提升，机床在自动化行业欢迎程度也随之提高，但同时也要将机床的配套设施提高上去，尤其对于生产大批零件，机械手也变得尤为重要。对于现代工业发展来说，机械手的发展速度还是不是很快，对于机械手的控制上要采用PLC控制是最方便的，而对于机械手的发展要不断去开发，团结思想，通过集体设计者们的努力，不要客观地设计，要将多元素有机结合起来。

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