数控机床上下料机械手的机械结构设计

（天津国际铁工焊接装备有限公司，天津 300385）

数控机床上下料机械手的机械结构设计

史桂福

（天津国际铁工焊接装备有限公司，天津 300385）

机械手设计是上下料开工中最为重要的技术环节，直接关系着数控机床的运行质量和数控机床运转的效率。所以，在数控机床上下料机械手设计中，必须掌握机械的运行特点，设计好上下料机械手的机械结构设计流程，充分的融合到机床运行中，使各个架构之间更加紧凑，节约工件输送装置。本文通过对数控机床上下料机械手发展现状和优势进行分析，阐述了上下料机械手设计的具体流程。

数控机床；上下料机械手；机械结构设计

1 数控机床上下料机械手发展意义

首先，上下料机械手是数控机床科学化、模块化和可重构化项目发展的前提条件，能够对数据进行有效的分析和进行综合处理。其次，数控机床上下料机械手是一种现代化的操作手段，它主要是PC 机开放型控制器的运维方向，可以有效的提高机床整体的操作效率和水平。同时，它具有较强的集成性，能够加强系统安全性能的管理和控制，从而达到最优效果。另外，可以对数据进行整合，实现机床的网络化和标准化控制。最后，数控机床上下料机械手设备中的传感器在整体设备中发挥着重要的作用，使得相对应的速度参数得到了不断的优化，而在焊接和装配方向能够实现集中处理和综合管理控制，更加提升了设备的仿真效果和动态运行的优化。

2 机械手的主要优势和运用

数控机床上下料机械手具有很多优势，在机械运行中起到关键的作用。机械手在实施过程中，具有较快的速度，工作效率高，具有很强的负载能力。同时，在进行移位时，也具有很好的精准性，在很大程度上减低了故障发生率，其优势非常明显。当前，机械手已经得到了广泛的应用，特别在DK050机床上的成功应用，大大提高了数控机床的工作效率，也是数控机床柔性输送方面的巨大创新。随着制造业的快速发展，机械手将会得到不断的完善和发展，并更加广泛的应用到制造业中，在最短的时间内创造出最大的工作效率，有利于企业获得更多的经济效益。

3 上下机械手手爪架构的流程设计

数控机床上下料机械手存在多种类型，在实际操作中，必须根据数控机床实际作业和装置情况进行严格选择，针对不同的操作要求，选择与之相适应的机械手。最为常见的机械手包括三种，分别为测量式手抓，搬用式手抓和加工式手抓，这几种机械手存在很多差异，也有自己相应的用途。在机械式手抓设计和使用中必须符合每种样式具体的使用要求，遵循相应的原则进行施工，在符合它运转和作用具体要求下进行合理的设计和开发，如图1。

图1 机械手末端执行手抓结构图

为了减少它和万能手抓出现矛盾，必须将设计建立在工业应用基础之上，并将机械手的设计作为整体工作的重点，不断对它的工作职能进行完善和得到充分的发挥。同时，机械手抓架构不仅要有特殊的用途，也要具有其他手抓都具有的特征，从而满足各种机械手的需要。另外，需要安装一个标准的机械接口来配合末端执行器的正常工作，从而实现执行过程的标准化。而搬用式手抓属于夹持装置，它存在多种类型，它主要是用来抓取和搬运物体。加工式手抓属于机械手上的一种附加设备，它的机身存在焊枪和铁刀等工具，它的功能是进行加工作业。在上下料机械手设计时，必须弄清楚它的用途，与实际机床作业内容相结合，充分发挥它的作用，提高工作效率。

4 数控机床上下料机械手机械结构的结构设计流程

在实际工作中，数控机床存在很多不同的运维机制和技术特征，这就要求需要有不同种类的上下料机械手与之相匹配，而技术人员需要及时对操作过程中产生的信息和运维特征进行收集和分析。而其中，对于技术运行参数模型，需要与各种类型机械手中的差异元件建构进行不同的处理模型设计，从而实现其真正的作用。在整体的机械机构设计和应用过程中，必须以数控机床的实际运行系统和工作特征为基础，不断加强设计流程的完整度，也要加强设计维度的有效性，对于不同的机械问题实现系统处理，从而达到运维结构设计的高效处理结果。

（1）数控机床上下料机械手机械结构动态结构设计。在进行数控机床上下料机械手结构设计时，必须严格按照设计原则和施工方式，对它的动态模型和设计流程进行集中处理，从而满足相应技术的管理和控制需求，实现万能手抓和机械式手抓既相对独立，又相互合作，促进整体的操作流程与标准设计相适应。数控机床上下料机械手设计工作者在进行设计时，必须以设计结构和项目运行机制的基本设计为前提，与机械设计过程相结合，不断实现工作职能的优化，为设计流程提供更多的数据信息支持。同时，在整体的机械手机械结构设计中，需要对每种要求进行细化分析和处理，并选择与之相适应的机械接口，详细的分析机械结构的执行过程和特征，保证机械设备的高效运行。首先，搬用式手抓方式，它在夹持物品时不会受到限制，能够及时的抓取和搬运物体，具有很高的实用价值。其次，加工式手抓建立在运维系统基础之上，不断对运维效果进行提升，与机械结构设计流程相结合，实现动态结构的设计，从而提高工作效率和整体质量。

（2）数控机床上下料机械手机械结构设计方案具体应用。数控机床上下料机械手不仅要具有完善的设计流程，同时也要满足实际运行要求，与实际机械运行相匹配。通常来说，机械手手臂一般以直线式存在，并存在很强的刚性，这就对运动过程中的稳定性和安全性提出了更高的要求。所以，在实际数控机床运行过程中，可以选择液压驱动的方式进行运转，使用计算机进行集中管理，依据液压缸的直接性驱动特征，对其进行功能执行，从而控制操作难度。因此，机械手手臂在实际操作中，需要根据自身的控制要求，在进行结构设计时，不能只偏重于手臂的长度，如果只靠使用加大液压缸的直径来提高手臂的刚度，不足以满足系统的需要，这就体现出了设计中的问题。根据这种情况，在实际设计中，可以通过添加导杆机构，并在小臂上安装两个导杆，使其与活塞杆形成一个三角形，这就加大了结构的稳定性，从而提高小臂的刚度。另外，可以在大臂上安装四个导杆，形成一个四边形，并要使各个导杆保持空心的状态，以减少大臂的总体重量。而机械手的手腕是在操作机的最末端，与手抓相连接的部分，在设计时必须保持手腕的自由度和灵活性。所以，为了保证手腕的传递和运动的连贯性，强度和刚度，必须设置可靠的传动间隙调整机构，以降低空回间隙，使传动精度有所提高（如图2）。只有将机械手的机械结构设计流程进行科学化的设计，并与实际操作和需要相结合，充分发挥出机械手的作用，从而提高整体的控制效果和工作效率。

图2 手腕（手臂、手爪连接梁）结构示意图

在数控机床加工生产上下料时，手腕位置通过直线往复运动来完成，一般水平行程为400mm，而垂直的行程为100mm，而回转运动都是通过电机驱动机械手部分来完成。这种设计使机械手的结构得到了优化，更有利于实际应用。

5 结语

综上所述，数控机床机械结构设计是一项复杂的，综合性较强的设计工作。随着科学技术的快速发展，数控机床的使用范围和运行结构也在发生巨大的变化。对数控机床上下料机械手的机械结构进行科学的设计，优化机械结构运行参数，可以有效达到工作效率和质量的双向优化。同时，工作人员必须不断提高自身的业务能力，根据数控机床的实际情况，制定稳健的运行机制和统筹管理控制计划，将先进的科学技术融入其中，充分发挥机械手的优势，使施工工件运行时间达到最优，从而促进机械工艺的科学化发展。

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