汽車沖壓件專用機床的經濟型自動送料機械手研究

張鵬毅

摘 要：機械手是一種為了滿足現代機械化，自動化生產所需而研制出的一種新型裝置。在現代生產過程中，機械手的廣泛的運用可以提高了企業生產效率，符合現代生產需求。本文主要針對汽車沖壓件機床機械手的結構設計研究。先是就其研究背景發展現狀進行介紹，擬定一個工作場景，根據工作需求，以現有的結構為基礎，進行結構設計，再是根據機械手現有發展狀況提出經濟性的優化。

關鍵詞：機械手;機械手設計;方案優化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.20.033

1 前言

如今，隨著我國工業化水平的發展，工業機械手越來越受到制造行業的青睞。不管是在大型還是小型的制造行業中都有廣泛的使用，如：汽車零件生產線、一些拋光、沖壓、激光雕刻等等工序。在重工行業、輕工行業、國防工業等也有非常多的應用。現階段，機械手較自動化水平較高，可以實現24小時作業，保證工作量的同時提高效率，從而可以降低一定的生產成本會，部署機械手可以代替傳統人工作業，并且因為其較高精度的定位和多傳感器的協同控制，具有出錯率低，產品品質高的優點，大大提升了企業盈利;重要的是，在應對一些特殊的工作環境，譬如高溫高壓，高輻射的場所，不適宜人類長時間工作的地方，只要根據環境采用特殊的材料和結構來設計機械手，就可以實現讓機械手在這些極端環境里長期作業，這樣只需要讓人在安全的環境下控制機械手去作業，技能保證人的安全，工作也能讓生產工作順利進行。因而，在汽車沖壓件生產中，利用機械手的優點有降低用工成本，提高生產效率，安全性高，產品質量好，具有很好的發展前景，研究設計工業機械手也具有現實意義。

2 機械手工作流程

工作內容只需將經過一次沖壓后的產品送到下一工作臺，流程為：機械手出于原位，工作臺下降，夾取裝置抓取沖壓件，工作臺上升并根據工作環境旋轉一定角度到達第二沖壓工作位，機械手工作臺下降，夾取裝置松開沖壓件，在重復之前動作。

3 機械手設計方案

機械手設計應充分考慮機械手工作環境和工藝流程的具體要求。要使設計的機械手工作起來，要考慮制作成本，所選器材的剛性，制作難易程度，最好的是采用適中價格的器材，制作出模型進行試驗，保證能實現基本功能，從而驗證本設計的可行性。

根據上述機械手的工作流程，機械手的運轉至少要有四個自由度來實現，分別是機械手工作臺的升降，旋轉，機械臂的伸縮和旋轉。工業中常用到的滾珠絲杠具有摩擦損失小、傳動效率高、精度高、高速進給和微進給可能、軸向剛度高、不能自鎖、具有傳動的可逆性的特。機械手工作臺的升降，考慮到價格低廉，定位精度高的要求，可采用滾珠絲杠來實現工作臺的升降，絲桿控制垂直臂轉動 其優點是可以把絲杠的回轉變為機械手工作臺的升降運動，而且結構簡單、承載能力大、轉動精度高、工作平穩等。滾珠絲杠在工業中實用性較強，而且結構簡單，安裝起來方便。為應對多種環境下的工作場所，提高機械手執行效率，我們希望其工作臺可以實現360°無限回轉，但是經過觀察和分析，我們發現工作臺里布置的線路會影響干涉機械手的轉動，甚至在轉到一定角度是后損壞線路導致停止工作，為此設計采用探針接觸轉盤，解決了無限轉向問題，他可以避免多段線路纏繞式連接，利用探針接觸，避免在回轉時的干涉。機械臂的伸縮我們可以采用液壓裝置，根據工作環境，設置一定的缸徑和液壓桿長，機械臂的旋轉則可以在末端設計一個伺服電機，依據需求來旋轉一定的角度。

機械手的手部可以采用真空吸盤，應對一些薄型沖壓件利用真空壓力為動力源，對其進行吸附，保證運送的平穩精確。

4 機械手優化方案

當今，工業設備模塊化是一大發展趨勢，沖壓機械手模塊化主要包括電氣及通信接口的模塊化、機械機構的模塊化、動力元件的模塊化等。沖壓件機械手的機械機構木塊化的主要分為：取料模塊、擺臂模塊、升降模塊、推送模塊等，同時實現動力元件和電氣及通信接口的標準化沖壓機械手模塊化有利于部件、構件的通用化、標準化、模塊化設計，應對多樣的工業生產環境里實現機械手功能多樣化。并可根據不同的產品需求來快接夾具的模塊進行快速更換操作，具有較高的實用性和靈活性。

以取料模塊為例，其物料的質量從幾克到幾千克不等，通過對沖壓機械手進行模塊化分解，根據具體的設計要求選擇合適的取料模塊，需要考慮的因素有尺寸大小、負載、速度、精度等。并根據產品的結構特點，整理各種取放料裝置，例如機械爪、真空吸盤、電磁吸盤等。

出于對穩定性和不規整汽車零件的加工考慮，我們還可以在原有機械手軸數上增加軸。目前多軸機械手應用非常的廣泛，現在被廣泛運用的多軸機械手，其優點體現在大產量的企業中，使用多軸機械手的工廠即使面對產量大的情況，讓工作節拍變得非常的短，可以滿足工廠的高效高速的生產要求。

多軸機械手還有一個優點就是易于實行數控，可于開環或閉環數控機械配合使用。能夠很好的控制整體設備的生產節奏，實行數控后故障率也是非常的低，工廠的長期不斷運行中可以少量人管理數控設備即可。

5 結束語

隨著勞動用工成本不斷升高，沖壓行業開始不斷向自動化生產發展，沖壓送料機械手結構簡單，速度快，提高了效率。應用三維造型軟件的實體建模，使該設計更形象的展示出來，原理更加直接、清晰，為同類機械手的設計提供了一種新的設計思路。

參考文獻：

[1]劉洋，邢建國.薄板件沖壓自動上下料機械手的設計[J].青島大學學報（工程技術版），2018，33（01）：116-120.

[2]唐野. 四軸沖壓上下料機械手開發研究[D].吉林大學，2018.

[3]梁健文，林彩麟，李仕奇.沖壓機械手的模塊化技術研究與應用[J].機電工程技術，2016，45（12）：58-61.