數(shù)控機床機械手設(shè)計研究

楊 郁

(齊齊哈爾二機床(集團)有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

提高數(shù)控加工機械的加工效率是順應(yīng)時代潮流的產(chǎn)物，對提高勞動生產(chǎn)率，促進社會發(fā)展具有重要意義。提高數(shù)控加工機械技術(shù)的加工效率，降低人工勞動強度，降低投資成本，提高數(shù)字機械技術(shù)的加工效率，促進加工企業(yè)的發(fā)展，具有重要的意義和價值。目前，機床和機械手共同構(gòu)成柔性系統(tǒng)或柔性制造部門，節(jié)省了龐大的零部件運輸設(shè)備，并構(gòu)造了結(jié)構(gòu)。但目前我國工業(yè)機械技術(shù)水平與工程應(yīng)用還有一定的差距。較低的應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平直接影響到機器的研發(fā)。

1 數(shù)控機床簡介

數(shù)控車床的加工件大多數(shù)為金屬件(鋼、銅、鋁、鎳、合金)，嚴格說，只要用到金屬零件的行業(yè)，都要用到車床。數(shù)控機床機械手應(yīng)用行業(yè)包括：家電制造、汽車配件、摩托車配件、LED配件(手電筒)、電腦配件、通訊(手機、平板電腦)配件、各種儀表儀器、電子制品(電子煙)、制齒業(yè)(齒輪)、手表業(yè)(表殼)等等。

先進的數(shù)控車床可以提高生產(chǎn)效率和降低勞動成本和不良品率。數(shù)字化工作機已成為現(xiàn)代大規(guī)模生產(chǎn)活動的必然方向。本文主要設(shè)計了數(shù)控機床的主動系統(tǒng)，并通過電動工作臺、軸承、齒輪絲桿、結(jié)構(gòu)設(shè)計等進行了相關(guān)計算。設(shè)計的主要方法是根據(jù)實際情況和專業(yè)知識的初始階段對相關(guān)數(shù)據(jù)進行評審。所有參數(shù)確定后，即可完成加工和裝配調(diào)試。數(shù)控車床自動上下料機械手，又稱數(shù)控機械手、自動送料機械手，是指數(shù)控車床加工工件時自動上下料、自動夾緊、自動吹屑、自動將成品返回料倉等連續(xù)動作的自動化設(shè)備，代替人工操作，節(jié)省人力資源，是“機器更新”的成熟產(chǎn)品。單機版桁架機器人為單數(shù)控機床配置的自動裝卸設(shè)備，實現(xiàn)了零部件的單工序自動化生產(chǎn)。桁架采用鋼梁雙柱結(jié)構(gòu)，純模塊化設(shè)計，適用于軸、盤、環(huán)等工件的自動裝卸。它具有靈活性、通用性、移動速度快、定位精度高等優(yōu)點。

2 現(xiàn)有數(shù)控機床機械手的設(shè)計

數(shù)控機床機械手屬于機電一體化產(chǎn)品，包括機械部分、控制部分、電源、檢測部分和執(zhí)行機構(gòu)。根據(jù)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和不同的控制器，現(xiàn)有的數(shù)控機床操縱器大致可分為以下幾類：

(1)專用數(shù)控系統(tǒng)。國外有fanak、siemens等數(shù)控系統(tǒng)。專用數(shù)控系統(tǒng)具有控制精度高、編程能力強、系統(tǒng)可靠性高、功能有待開發(fā)等優(yōu)點。但對于沖床來說，由于是點控制，所以控制比較簡單。選擇昂貴的專用系統(tǒng)無疑是浪費資源。而且，對送料裝置的控制具有特殊意義并不一定有利。

(2)繼電器控制。繼電器控制邏輯的顯著特點是成本低，但也有明顯的缺點，因為現(xiàn)代生產(chǎn)設(shè)備多。有大量的內(nèi)部和外部數(shù)字開關(guān)來打開和關(guān)閉電機控制。這種控制方法復(fù)雜，連接量大，能耗高。一旦系統(tǒng)建立起來，就很難改變或改進其功能。此外，繼電器觸點的數(shù)量有限，靈活性和可擴展性差，這是繼電器速度控制的第二個方面。控制是通過接觸的機械運動來實現(xiàn)的。機械接觸可能導(dǎo)致振動和不穩(wěn)定的操作。

(3)MCU控制。該微控制器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點，擅長數(shù)據(jù)計算和數(shù)據(jù)處理，廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集和中央控制系統(tǒng)中。另外，工業(yè)電磁信號是強干擾信號，對單片機會產(chǎn)生很強的干擾。因此，必須處理來自單個芯片的干擾。

(4)PLC控制。這也是數(shù)字機器中常用的一種控制方法。它硬件選擇廣泛，軟件編程簡單，調(diào)試問題少。然而，該方案仍然存在一些不可避免的缺點，具有良好的靈活性。如果失敗了，很難選擇與應(yīng)用程序完全一致的系統(tǒng)。對于特定的應(yīng)用位置，在特定的應(yīng)用中很難實現(xiàn)一些技術(shù)細節(jié)，造成系統(tǒng)資源的浪費。

(5)執(zhí)行元件設(shè)計。在現(xiàn)有的數(shù)控加工設(shè)備中，常用步進電機作為輔助元件。數(shù)字控制系統(tǒng)包括步進電機和驅(qū)動電路，簡單、廉價、可靠。發(fā)電機不能使用直流電。振動噪聲大，振動慣量大，振動損失小。前序如果控制不當(dāng)，很容易產(chǎn)生共振，即達到高速。

3 結(jié)語

數(shù)控機床機械手是一種能實現(xiàn)自動控制、可重復(fù)編程、多自由度、運動自由度和空間直角關(guān)系的多功能機械手。其工作特性主要由x、y、z軸的直線運動來完成。桁架由多個龍門結(jié)構(gòu)的支撐部分組成，上面有安裝機械手的橫梁。桁架機械手是一種三自由度機械手。桁架機器人由安裝在橫梁上的水平運動部件和安裝在水平運動部件上的垂直運動部件組成。垂直運動部分的底部連接有3個爪夾、水平運動部分和凹陷。直動部分包括傳動齒輪和齒條，斜齒輪和齒條相互嚙合。