桁架機械手自動加工生產線上的應用

楊杰

摘要：自動加工生產線構成的桁架機械手和機床能實現工件的自動抓取，上下材料，加載卡，工件的翻轉等等，從而大大節省勞動力成本，提高生產效率。特別適用于大批量、小零件的加工。

關鍵詞：桁架機械手 柔性生產線

引言

在現代工業生產中，桁架式機械手的應用非常廣泛。根據加工行業設計的桁架式機械手與數控機床的結合，工件可自動抓取、進給、裝料、切割、旋轉。桁架式機械手不僅高效、準確，還能夠持續工作。

一、桁架機械手發展歷史

機械手最初是由美國開發出來的，在國外被廣泛使用。1958年，美國聯合控制公司開發了第一臺機械手。其結構是：機體上安裝一個回轉長臂，其頂部裝有電磁塊，控制系統示教形的。1962年，在上述方案的基礎上，美國聯合控制公司試制成一臺數控示教再現型機械手。名稱為Unimate（即萬能自動）。運動系統模仿坦克炮塔，手臂可以轉動，俯仰，伸縮和液壓驅動，控制系統使用磁鼓作為存儲設備。在此基礎上，開發了許多球面坐標多用途機械手。同年，美國機械制造公司也成功地試驗了一種Vewrsatran機械手。機械手的中心柱可以通過液壓驅動控制系統轉動和提升。這兩種機械手出現于60年代初，是國外工業機械手發展的基礎。1978年，美國Unimate公司與斯坦福大學、麻省理工學院聯合開發了一種Unimate-vicarm型工業機械手，配備小型電子計算機進行控制，裝配操作，定位誤差小于1毫米。

二、桁架機械手的結構與工作原理

（1）桁架機械手由主體、驅動系統和控制系統三個基本部分組成。直角坐標型機械手其主體部分通常采用龍門式結構，由y向梁和導軌、z滑動枕、十字滑座、垂直柱、過渡連接板和底座組成。z向的直線運動是交流伺服電機的機架，由齒輪傳動齒輪與y向梁和z向軌枕固定。驅動移動部件沿著導軌迅速移動。移動部件是由輕型的十字滑座以及z向滑枕，滑枕采用由鋁合金拉制的型材。當較重的工件運輸時，慣性較大，所以伺服驅動電機有足夠的動力來驅動和制動，支撐元件應該有足夠的剛度和強度。只有這樣，伺服電機才能滿足桁架機械手輸送高響應、高剛性、高精度的要求。

（2）根據桁架接收到的位移和速度指令，改變、放大和調整后將桁架機械手轉移到運動單元，通過光纖傳感器實時檢測運行狀態。在高速搬運過程中，運動部件在很短的時間內達到給定的速度，在高速行駛的瞬間可以停止。通過高分辨率絕對編碼器的插補操作，控制了機械誤差和測量誤差對運動精度的影響。桁架機械手的選擇應以工件的質量和加工的節拍為基礎。根據被運工件的形狀、結構和機床夾具的夾持方法，設計了機械手的臂型和定夾方式來設計。機械手可以通過編程來處理和執行任務。機械手主要由手臂、回轉裝置、運動部件和驅動部件組成。工件通過定位工件形狀或工件上的支承點來夾持。夾持定位模塊可根據產品質量和形狀大小進行設計。對于不同系列的工件，只能切換相應的夾持和定位模塊，以滿足快速切換的需要和桁架機械手的靈活性。

三、桁架機械手在柔性加工自動線上的應用

（一）自動線桁架機械手輸送裝置的發展及現狀

自動線的發展經歷了兩個時代：剛性自動線和柔性自動線。剛性加工自動線的傳動可分為棘輪棘爪、擺桿、升降步、機動滾道等。隨著加工中心機床的發展，由機床組成的自動生產線逐漸取代了組合機床組成的自動生產線，即柔性加工自動生產線。由桁架機械手輸送自動管路后，可根據機床配置任意改變輸送機的距離。機床之間的安裝位置和機床在自動行不再是剛性輸送那樣，按照輸送步距或步距倍數的要求進行嚴格的安裝，傳輸速度也可以根據生產節拍和輸送機的距離而改變。柔性運輸的一個重要方面是，當加工零件的產品發生變化時，只要改變輸送機程序和機械手的局部結構，就不會對輸送零件進行任何調整。桁架機械手較先進的一面是自動加工線的自動化和智能化。因此，桁架機械手在柔性加工自動化生產線上的應用越來越多，整個生產過程都可以通過信息流系統進行控制。在加工和運輸過程中，收集、加工、反饋各種信息，由計算機或其他控制設備（液壓、氣動等）控制機器或運輸設備。信息流系統分為中央管理計算機、物流控制計算機、單元控制計算機、數控機床和信息傳輸網絡。

（二）國內外差距

目前，我國機床的發展速度很快，技術水平有了很大的提高。一些機床和國外沒有區別。然而，柔性加工自動線的技術水平和等級比國外的要明顯得多。國外桁架機械手采用的柔性加工自動線比較常見，但國外企業設計的生產線很少。該產品主要由桁架機械手、機床、筒倉、工作程序轉臺等組成。通過系統集成，可以實現一個機床、一個加工單元、一個流水線和一個柔性加工單元。具有定位準確、工作節拍可調、工作空間大、性能優異、運行穩定可靠、維護方便等特點，打破了外國人對國內市場的壟斷。桁架機械手作為一種柔性輸送系統，已成為柔性加工自動生產線的重要組成部分。在過去，桁架機械手沒有使用的自動線的輸送帶部分被稱為輸送帶或輸送裝置。目前，桁架機械手被稱為輸送系統或物流系統。過去的輸送帶是由油缸或減速機通過鏈條或機動輥子驅動，時間較長，定位精度較差。目前常用的做法是驅動伺服系統完成多坐標的復雜運動，達到時間短、效率高、運動位置準確的目的。

四、結論

相信隨著國內桁架機械手技術水平的不斷提高，桁架機械手在柔性加工自動流水線上的應用將越來越多。采用桁架操縱器的柔性加工線將成為未來的一個大賣點，并且有著非常可觀的前景市場，從而推動國內柔性加工自動化生產線具有一定的質量。