汽车冲压件专用机床的经济型自动送料机械手研究

张鹏毅

摘 要：机械手是一种为了满足现代机械化，自动化生产所需而研制出的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手的广泛的运用可以提高了企业生产效率，符合现代生产需求。本文主要针对汽车冲压件机床机械手的结构设计研究。先是就其研究背景发展现状进行介绍，拟定一个工作场景，根据工作需求，以现有的结构为基础，进行结构设计，再是根据机械手现有发展状况提出经济性的优化。

关键词：机械手;机械手设计;方案优化

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

1 前言

如今，随着我国工业化水平的发展，工业机械手越来越受到制造行业的青睐。不管是在大型还是小型的制造行业中都有广泛的使用，如：汽车零件生产线、一些抛光、冲压、激光雕刻等等工序。在重工行业、轻工行业、国防工业等也有非常多的应用。现阶段，机械手较自动化水平较高，可以实现24小时作业，保证工作量的同时提高效率，从而可以降低一定的生产成本会，部署机械手可以代替传统人工作业，并且因为其较高精度的定位和多传感器的协同控制，具有出错率低，产品品质高的优点，大大提升了企业盈利;重要的是，在应对一些特殊的工作环境，譬如高温高压，高辐射的场所，不适宜人类长时间工作的地方，只要根据环境采用特殊的材料和结构来设计机械手，就可以实现让机械手在这些极端环境里长期作业，这样只需要让人在安全的环境下控制机械手去作业，技能保证人的安全，工作也能让生产工作顺利进行。因而，在汽车冲压件生产中，利用机械手的优点有降低用工成本，提高生产效率，安全性高，产品质量好，具有很好的发展前景，研究设计工业机械手也具有现实意义。

2 机械手工作流程

工作内容只需将经过一次冲压后的产品送到下一工作台，流程为：机械手出于原位，工作台下降，夹取装置抓取冲压件，工作台上升并根据工作环境旋转一定角度到达第二冲压工作位，机械手工作台下降，夹取装置松开冲压件，在重复之前动作。

3 机械手设计方案

机械手设计应充分考虑机械手工作环境和工艺流程的具体要求。要使設计的机械手工作起来，要考虑制作成本，所选器材的刚性，制作难易程度，最好的是采用适中价格的器材，制作出模型进行试验，保证能实现基本功能，从而验证本设计的可行性。

根据上述机械手的工作流程，机械手的运转至少要有四个自由度来实现，分别是机械手工作台的升降，旋转，机械臂的伸缩和旋转。工业中常用到的滚珠丝杠具有摩擦损失小、传动效率高、精度高、高速进给和微进给可能、轴向刚度高、不能自锁、具有传动的可逆性的特。机械手工作台的升降，考虑到价格低廉，定位精度高的要求，可采用滚珠丝杠来实现工作台的升降，丝杆控制垂直臂转动 其优点是可以把丝杠的回转变为机械手工作台的升降运动，而且结构简单、承载能力大、转动精度高、工作平稳等。滚珠丝杠在工业中实用性较强，而且结构简单，安装起来方便。为应对多种环境下的工作场所，提高机械手执行效率，我们希望其工作台可以实现360°无限回转，但是经过观察和分析，我们发现工作台里布置的线路会影响干涉机械手的转动，甚至在转到一定角度是后损坏线路导致停止工作，为此设计采用探针接触转盘，解决了无限转向问题，他可以避免多段线路缠绕式连接，利用探针接触，避免在回转时的干涉。机械臂的伸缩我们可以采用液压装置，根据工作环境，设置一定的缸径和液压杆长，机械臂的旋转则可以在末端设计一个伺服电机，依据需求来旋转一定的角度。

机械手的手部可以采用真空吸盘，应对一些薄型冲压件利用真空压力为动力源，对其进行吸附，保证运送的平稳精确。

4 机械手优化方案

当今，工业设备模块化是一大发展趋势，冲压机械手模块化主要包括电气及通信接口的模块化、机械机构的模块化、动力元件的模块化等。冲压件机械手的机械机构木块化的主要分为：取料模块、摆臂模块、升降模块、推送模块等，同时实现动力元件和电气及通信接口的标准化冲压机械手模块化有利于部件、构件的通用化、标准化、模块化设计，应对多样的工业生产环境里实现机械手功能多样化。并可根据不同的产品需求来快接夹具的模块进行快速更换操作，具有较高的实用性和灵活性。

以取料模块为例，其物料的质量从几克到几千克不等，通过对冲压机械手进行模块化分解，根据具体的设计要求选择合适的取料模块，需要考虑的因素有尺寸大小、负载、速度、精度等。并根据产品的结构特点，整理各种取放料装置，例如机械爪、真空吸盘、电磁吸盘等。

出于对稳定性和不规整汽车零件的加工考虑，我们还可以在原有机械手轴数上增加轴。目前多轴机械手应用非常的广泛，现在被广泛运用的多轴机械手，其优点体现在大产量的企业中，使用多轴机械手的工厂即使面对产量大的情况，让工作节拍变得非常的短，可以满足工厂的高效高速的生产要求。

多轴机械手还有一个优点就是易于实行数控，可于开环或闭环数控机械配合使用。能够很好的控制整体设备的生产节奏，实行数控后故障率也是非常的低，工厂的长期不断运行中可以少量人管理数控设备即可。

5 结束语

随着劳动用工成本不断升高，冲压行业开始不断向自动化生产发展，冲压送料机械手结构简单，速度快，提高了效率。应用三维造型软件的实体建模，使该设计更形象的展示出来，原理更加直接、清晰，为同类机械手的设计提供了一种新的设计思路。

参考文献：

[1]刘洋，邢建国.薄板件冲压自动上下料机械手的设计[J].青岛大学学报（工程技术版），2018，33（01）：116-120.

[2]唐野. 四轴冲压上下料机械手开发研究[D].吉林大学，2018.

[3]梁健文，林彩麟，李仕奇.冲压机械手的模块化技术研究与应用[J].机电工程技术，2016，45（12）：58-61.