機床機械桁架機械手結構設計分析

王 娟

（徐州機電技師學院，徐州 221131）

隨著時代的不斷發展，我國經濟效益不斷提高，國內基礎勞動力市場價格呈現增長趨勢，使得自動化生產技術得到相對穩定的發展。數控機床設備市場銷售環境嚴峻，促使企業各部門對生產技術設備的需求量增加。通過單一化的機械加工技術制造相應的產品，將機械手結構應用于簡單化的機械產品制造環境，不僅可以減少經濟成本投入，而且可以提高生產加工技術的推進效率。

1 機床機械桁架機械手結構分析

1.1 橫梁組件

橫梁是機械組件傳輸的主要通道。企業通常采用鋁合金和鋼材料創建橫梁，而部分規格較小的零件通過鋁合金材料制作成立柱。由于鋼結構制作具有成本低、剛性好的優點，部分零件會選用鋼結構作為首選的制作材料。鋁合金橫梁具有結構質量相對較強、安裝簡便以及運輸方便的特點，在外形方面比其他材料優勢明顯。由于鋁合金橫梁價格相對較高，若企業需大量采購，會制約其他方面的生產。就性價比而言，鋼結構材料制作的橫梁更有優勢[1]。

1.2 立柱組件

立柱組件可以作為整個結構的支撐條件，保證機床機械桁架能夠在制造工程中穩定運行，使其在運轉過程中不易產生噪聲和振動，比一般單機自動化設備更加穩定。運用雙立柱結構的方式，確認在機械手臂運行過程中的支撐點，促使該點工件的安裝操作更加簡便，降低外界因素的影響。工作人員僅需運用多機連線方式，運用2n-1的立柱結構操作，就可執行內部構件的固定操作。在此背景下，立柱結構主要以鋼結構或鋁合金結構為主[2]。

1.3 潤滑組件

桁架機械手通常實際行程較長，且具有較高的運行速度，但若潤滑效果不佳，會對周邊環境造成較大污染。在選擇潤滑組件時，工作人員利用480號高黏度油脂潤滑油完成操作。工作人員將潤滑油裝進自動潤滑泵，以實現對導軌的自動潤滑。

1.4 內控組件

要想桁架機械手能夠正常運轉，需重視內控組件。為避免設備運行過程中出現故障，工作人員可通過增加部件可靠性的方式，運用航空連接器實現與電氣部件的銜接，促使順利開焊，確保系統穩定運行，如限位設計、系統安裝保險、零返回延遲以及零位開關的控制操作[3]。

1.5 直線運動組件

如需組成機械桁架，需運用相應的搭配方式，順利應用導軌技術組件，保證V形導軌技術可以應用于系統。若此時直線導軌的行駛速度為120.00 m·min-1，則在高速機械桁架技術結構中難免會出現滑塊組件脫離問題。為保證機械手結構的穩定運行，可通過V形導向系統運行方式替代傳統設備，使驅動組件能夠保證設備可以維持水平線速度，促使驅動技術能夠應用于導軌滾動操作環節，發揮其較強的方程功能，降低組件安裝的操作難度，使得V形導向系統可以順利安裝在4個滑塊上方，保證線性導件與球組件之間的相互連接[4]。

1.6 驅動組件

在數控機床內，機械桁架作為重要的組成部分，不僅需要齒輪減速箱和電機設備相互配合，還需要應用驅動技術，保證帶傳動結構能夠順利運行。部分機床內部的機械桁架的行駛速度可以控制在60～170 m·min-1，確保絲杠轉動工作順利開展，以滿足機械桁架的基礎結構要求，保證電機設備可以與齒輪齒條組件相互銜接，滿足高精度要求，促使技術進度被規劃在0.06 mm以內[5]。

2 機床機械桁架機械手結構的具體設計方式

2.1 確認機械手結構的技術參數

為確認機械手結構的參數，可從手臂運動參數和設計技術參數兩方面入手。手臂運動參數的夾緊行程應為27 mm，夾緊速度為0.054 m·s-1。經計算，伸縮行程為60 mm，實際伸縮速度為0.06 m·s-1。通過旋轉范圍的確認，其旋轉角度控制在0°～90°。這樣實際旋轉速度為45 °/s，同時手指夾持的范圍為60～80 mm。在機械手結構手臂運動過程中需做好液壓緩沖操作或運用液壓驅動的手段實現對手臂運動狀態的控制。若設計技術參數，可確認機械手結構的自由、抓重、工件，將手臂夾持的工作最大長度規劃為529 mm，即可實現對機械手結構設計技術參數的確認。

2.2 掌握機械手的基本結構形態

機械手桁架操縱器主要起到運輸作用，不僅可以保證裝卸導軌和機床之間可以互相銜接移動，還可以拿走機床上的一部分零件放置于其他機械設備，使得機械手可通過抬起動作移動設備組件。機械手的形狀構造環節方案很多，有助于技術人員實現對機械手的控制[6]。

例如：機械自鎖式抓爪。設計人員廣泛應用此種結構，但由于操作流程相對復雜，在運行過程中會出現零件掉落問題。為避免該問題出現，設計人員會運用夾持件實現設備的自鎖。在連接桿夾爪中，可以通過機械連桿結構執行釋放夾持器與其進行銜接操作，更加方便地應用或攜帶機械夾爪，利用齒輪進行傳動，保證技術人員可以控制機械手的關閉和打開，突破速度方面的難題。

若機械手采用連桿杠桿式手部，可在需要夾持的區域運用夾鉗，通過液壓缸進行驅動，使T形桿能夠自由伸縮，保證手指的張開與閉合過程不存在問題。在確認機械手完全放松或收緊后，可利用液壓缸進行驅動，將整個機械手擺放于套筒，促使其可以進行豎直的平面選裝，確保工件的上下料操作順利實施。這樣可以根據機械手的特有形態確認其自由度，保證工件可以在其上方旋轉，確保機械手在應用過程中不會出現問題。

2.3 重視機械手爪技術組件應用

機械手爪技術可以運用于數控機床加工處理的各個環節，使工作人員可以區分不同工件間的差異，執行裝載和拆卸工作。機械手爪技術在組件應用方面可分為搬運式機械手爪、測算式機械手爪以及加工式機械手爪。實際操作環節，工作人員可結合數控機床的操作方式，將數據參數應用于機械手爪，保證數控機床設備能夠在正常運行過程中完成各項操作。

根據機械手爪的運行方式，增加形狀小巧組件結構的應用。通過控制機械手自由度，保證工件能夠與機械手在同一平面內應用，采用數控機床操控夾鉗式，可以保證機械手臂的運行狀態滿足程序要求。利用點陣式組合方式，使其可以在液壓缸的驅動下完成對應的閉合和伸張操作。通過夾緊與放松保證工件在該平面的應用，有助于驅動手臂的伸縮，實現各類結構聯動，如圖1所示。通過數控機床、機械手臂以及點陣式料倉之間的相互配合，保證機械手爪的設計工作正常開展。若此時機械手爪出現故障問題，需相關人員在最短時間內維修，保證技術控制指導工作的契合度，健全考量設計工作，保證企業能夠根據運行成本控制機械手爪。

圖1 機械手臂結構設計

通過各類結構聯動方式，保證機械手爪安裝工作能夠正常運行。賦予機械手爪相應的夾緊力，保證在正常運行過程中不會對施工人員以及周邊設備室安全造成影響。運用彈簧與其結合的方式，可使機械手爪技術組件適用于各個區域。

2.3 明確機械手腕組件結構

機械手腕組件被設置在末端區域，可以實現機械手爪和機械手臂的連接。在完成手部設計后，可計算手部的夾緊力，保證機械手的工藝和設計要求滿足運行，確認其中的動載系數，明確機械手腕組件結構。

首先，機械手腕組件的設置參數相對較小且具有較輕的質量參數，可以保證設計工作在運行過程中能夠遵循機械手的行駛方式，增加機械手腕組件在應用環節的自由度，如圖2所示。

圖2 機械手腕組件的設計

其次，機械手腕靈活度較高，不僅可以改善機械手腕的運行狀態，還可以保證技術工作流程的穩定性。若機械手腕組件實際性能超過工作上限，則會損壞。因此，可結合關節結構的轉動方式，控制設置限位開關，增加數控機床的精準度，以免在機械手腕組件設計環節出現過于復雜的問題。

最后，為保證桁架上設計機械手的正常運行，可增加機械手負載能力方面的考慮，保證在實際運行過程中可以快速控制機械設備的運行方式，使得機械手腕具有相應的承載能力，能夠完成機械桁架方面的結構控制室操作，保證操縱器能夠執行線性運動，促使在手臂設計環節，工作人員可以通過汽缸的選擇實現對驅動臂的直接控制，保證機械手圓柱體正常運行，促使圓柱體直徑可以被控制在合理運行區域。

3 結語

為保證機械制造產業的穩定發展，應增加對機械手臂技術的關注，加強機床機械桁架機械手結構設計，運用現代化的施工理念完成精密機床的加工操作。若未落實到位，勢必會制約機械制造產業的發展。為保證國內多數數控機床生產企業的穩定發展，需加大自動化生產線內資金的投入比例，促使機械手臂技術能夠適用于企業的生產制造區域，增加機械運行環節的穩定性，使得產品能夠被銷售市場所接納。