数控机床上下料机械手设计的流程

数控机床上下料机械手设计的流程摘要本文首先对机械手的发展情形和动向进行了分析和总结，接着对数控机床上下料机械手的设计进行了分析，同时对机械手的优势和运用做了简单的介绍。

最后得出结论：将机械手与机床设备合为一个柔性体，在很大程度上能够节省工件输送装置，架构比较紧凑，同时适应能力较强，在技术和经济上对机械手进行考虑都是有必要的。

关键词数控机床；机械手；设计
中图分类号tg659 文献标识码a 文章编号
1674-6708（2012）68-0071-02
在数控机床的各项性能指标和整体布局上，输送技术对其有着直接性的影响。

在缸体加工过程中，发动机缸体的三轴孔加工是一项十分重要的程序和环节，该环节在很大程度上确保了三轴孔在加工过程中的精确度；在缸体的纵向上，应当配置若干个固定的导向设施，用于支撑镗杆；传统意义上的三轴孔镗床，其架构复杂，同时存在防护难度大、输送速度较慢等诸多问题，在很大程度上给数控机床的生产节拍造成了影响。

为了解决上述困难，大连机床企业首次研究并设计了空中布局的数控机床上下料机械手，这不仅强化了数控机床的刚性，同时也解决了数控机床在排屑过程中所面临的一系列难题，实现了转机缸体在输送过程中所表现出的柔性；通过对伺服驱动技术，在很大程度上减少了输送机床在输送过程中的时
间，同时实现了工序的分解，致使数控机床的节拍从原来的6min
下降到现在的3.2min；在一定意义上达到了用户在节拍方面的一些要求，与此同时，在很大程度上也提高了数控机床的自动化。

1 机械手的发展情形与动态
从国内外所有机械手的发展现状来看，在现阶段，对机械手的研究和开发已趋于高潮，机械手的发展现状与动态，可以总结为：第一，模块化与可重构化是现阶段机械架构发展的主要动向；其二，pc机的开放型控制器是机械手体系发展的一个主要方向，其目的就是为了完善机械手，使其逐渐走向网络化和标准化；器件集成度得以强化，架构设计玲珑，同时运用过了模块化架构；在很大程度上强化了机械手体系的安全性和可靠性，同时也满足机械手在维修和防护方面的一些便捷性；第三，传感器在机械手中发挥了十分重要的作用，不仅运用了传统的速度传感器、位置传感器等，同时也引进了先进的视觉传感器、触觉传感器和听觉传感器，促使机械手逐渐向智能化方向发展和推进；第四，装配、焊接等机械产品逐渐向模块化、标准化及系列化方向推进和发展，及系统动态的仿真等。

2 机械手手爪架构的设计分析
机械手手爪的类型较多，其主要用于作业的操作和装置，按照不同的作业方法和操作，可以将手爪分为测量式手爪、加工式手爪及搬用式手爪等。

所谓搬用式手爪，即为多种类型的夹持装置，其主要用于对物体的搬用和抓取；加工式手爪，即为附有焊枪、铣刀
等工具的机械手附加设备，其主要用于对作业的加工；所谓测量式手爪，即为附有传感器的一种附加设备，其主要用于对作业的检验和测量。

在机械手手爪的设计过程中，应当遵循以下几个方面的要求：其一，根据机械手作业的具体要求对机械手手爪进行相应的设计和开发；其二，机械手手爪的专用性和万能型之间存在一定的矛盾。

万能手的架构设计比较繁琐，有时还会出现无法实现的现象，以工业的实际应用为出发点，将重点应放在对各类专用的、工作效率较高的机械手的研究和设计上，确保工业机械手的所有工作性能的实现和健全，在这里，我们不赞成通过一个万能手来完成所有工作，应当考虑机械手在设计过程中所发挥的一些经济效益；其三，确保手爪的通用性。

所谓机械手爪的通用性，即为通过数量有限的手爪来适应不同要求的机械手，这就给末端执行器提出了一定的要求，即要求其末端配置一个标准的机械接口，保证末端执行器能够标准化运用。

3 机械手设计方案的运行
因为机械手手臂在运作过程中表现为直线式，并且考虑到机械手在刚度、运动过程中所表现出的稳定性和安全性、动态性能等方面的一些要求，所以应当选取液压驱动方式，基于液压缸所表现出的直接性驱动，液压缸不仅是执行件，同时也是驱动件，所以，在设计过程中可以取消对执行件的设计，又由于液压缸在运动过程中表现为直线式，所以，在其控制上的难度较低，便于计算机管理和
控制。

除此之外，机械手手臂由于在其具体工作及控制方面的一些要求，所以在机械手手臂的过程中，应当控制其结构的设计，不应过大，如果只依赖加大液压缸的直径来实现刚度的提高，那么将无法实现系统刚度的一些要求。

所以，在设计过程中，额外添加了导杆机构，在小臂上安置了两个导杆，两导杆和活塞杆共同形成了一个等边三角形，在最大程度上加大了小臂的刚度；在大臂上安置了四个导杆，四个导杆构成了四边形，为了最大限度的降低大臂的重量，每个导杆都引用了空心架构。

4 机械手的优势和应用
机械手实施方案具有速度快、工作效率高、负载能力强、移位精度高及故障出现频率低等诸多方面的优点。

机械手在dk050机床上的成功运用，是数控机床柔性输送方面的一大创新。

在今后的数控机床的生产过程中，机械手的开发和运用将会得到前所未有的发挥，同时为广大用户提供了极大地方便，能够产生较大的生产效益和经济效益。

5 结论
机械手在机械行业中的运用已经成为一种必然的趋势，同时这种运用将得到前所未有的发挥，机械手能够成功的运用于机械零件的组装和加工工件的装卸与搬运，尤其体现于组合机床以及自动化数控机床上的运用和创新。

将机械手与机床设备合为一个柔性体，
在很大程度上能够节省工件输送装置，架构比较紧凑，同时适应能力较强，在技术和经济上对机械手进行考虑都是有必要的，所以，对数控机床上下料机械手进行研究和设计是一种必然。

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