超声波焊接中机械手探析

（深圳日力高周超声设备有限公司，广东深圳 518110）

0 引言

机械手的合理使用不仅对超声波焊接工艺的进步具有重要的影响，对我国的工业发展同样具有十分重要的意义，而且其对环境保护也起着非常重要的作用。机械手可以迅速对周围的环境作出相应的反应，机械手还可以根据实际的情况进行科学合理的评价和正确的调整。机械手的应用十分广泛，在比较复杂的环境中使用机械手还可以有效地避免由于环境的复杂性而产生的各种问题。

1 机械手发展的重要性及趋势

1.1 机械手发展的重要性

随着经济的快速发展，国内外市场竞争日益激烈，企业对于自动化的追求是一种不可避免的趋势。机械手是工业自动化发展的具体体现，通过对机械手的使用可以为企业的工作效益进行大幅度地提高，为企业带来更多的经济效益，还可以减轻操作人员在复杂和有害环境中的工作量。同时机械手的使用还对技术创新具有一定的促进作用，机械手在工业中的应用不仅可以推动我国科学技术的发展，还可以促进工业技术的进步。机械手因其特点不同可分为不同的种类，每一种类型的机械手都有着十分重要的应用：第一种类型的机械手为水平关节型机械手。这种类型的机械手大多和其他形式的机械手进行组合使用，通过组合使用可以大幅度提高机械手的工作效率，而且应用范围很广，能够进行大多数的工作，水平关节型机械手还有着价格低廉的优势，十分适合中小企业使用，但是在使用过程中往往会因为自身结构而受到许多操作上的限制。第二种类型的机械手为多自由度机械手。这种类型的机械手在实际应用中需要确定一定的工作范围，并且要给予一定的抓手，在实际应用中比较广泛，但是其价格比水平关节型机械手更高。也正是因为这样的特点，多自由度机械手虽然应用较为广泛，但是工作内容却比较单一，并且多自由度机械手通常在大型企业中应用较多。第三种类型的机械手为复合型机械手[1]。

1.2 机械手的发展趋势

（1）加强智能化建设，促进更为广泛的应用。基于经济技术的高速发展，机械手正逐渐向智能化方向快速地进行发展。通过对机械手的使用，机械手可以实现不断学习相关的专业知识，当在工作的过程中遇到问题时，能够以最快的速度选择最优解，这样的特点使机械手的发展十分迅速，而且机械手还具有较强的适应性和科学反应能力。在机械手得到高速发展的现阶段，机械手不再局限只能在工业生产过程中进行使用，不仅可以同时应用于社会不同领域的工作中，而且可以在后续的发展过程中继续发挥作用。机械手正越来越广泛地存在于人类的生活和工作中，占据着越来越重要的地位，我们应该加强对机械手的关注与研究，使机械手可以尽快应用在超声波焊接的工作中。

（2）产品微型化，体现更高的精度和可靠性。在机械手不断发展的过程中，其正逐步实现微型化的发展，在人类不可触及的领域代替人们进行操作，帮助人们开展相关的微观研究。机械手的微型化不仅提高了机械手应用的范围，还对机械手提出了更高的要求。微型化的机械手十分利于在超声波焊接中进行精密的工作，这也引起了许多学者的研究。基于科学的发展，纳米机械手的设计将不再是一个梦想，超声波焊接工作中如果可以使用机械手技术，那么整个超声波焊接工作的效率和工作质量都将得到飞跃性的提高。

2 超声波焊接中机械手主要部件的运动

机械手在超声波焊接的实际应用中是处在一个完整循环周期过程中的，主要是由以下四个部分组成：

第一部分，凸轮间歇分割器经由步进电机的带动作用，对机械臂进行90°的旋转。同时气会进行缸收缩，三个吸盘将同时工作，以抓取成品灯、灯盖和灯座。

第二部分，在气缸伸长之后，步进电机将再次带动凸轮间歇分割器，将机械臂再一次转动90°，然后气缸会发生收缩。此时的真空吸盘将进行复位运动，灯将位于传送带上，而灯罩将位于下模具上。

第三部分，在此阶段气缸将会再一次进行伸长，凸轮间歇分割器经由步进电机带动，促使机械臂再次转动90°，此时气缸会进行收缩，机械臂上的吸盘会复位，灯座会在下模具上，同时会与灯盖配合工作。

第四部分，在此阶段气缸会第三次进行伸长，步进电机驱动凸轮间歇分割器旋转，机械臂会再一次呈90°旋转。此时超声波焊机上的上模具会进行一定程度的下移与下模具配合，最终呈现两者贴合的状态[2]。

3 臂部设计

在对机械手臂部的设计过程中，机械手的臂部需要满足严格的要求。具体要求如下：首先臂部应具有较大的刚度，只有满足刚度的需求才可以进行更为精细的操作。对手臂部分的横截面形状进行科学合理的选择时，才能保证其在操作过程中既能完成相应的动作要求，又可以更好地防止发生变形等现象。在通常情况下，工字形截面的刚度较大，正因为这样的特性，在机械臂部的设计中主要采用工字钢作为支撑板，来满足机械手对于刚度的需求。其次臂部需要具有较高的导向性。在机械臂部的构造过程中，要做好对机械手臂部的导向设置，通过这样的方式来避免使用过程中出现直线运动的现象。在对机械臂部的设计中应尽量使重量较轻。在结构上应尽量减轻手臂的重量，将自身重量对机械臂运动速度的影响降到最低，降低由于重量原因对机械手臂部精准度的影响[3]。

4 手爪的结构设计

在工业上，最常使用的进行抓取的手爪包括真空吸盘、电磁铁和气动手指等。在超声波焊接过程中，由于抓取的东西主要是塑料片状灯盖、灯座和成品灯，与其他被抓取物相比其表面光滑，重量相对较轻，使用电磁铁或气动手指无法满足超声波焊接的要求，因此超声波焊接机械臂的手爪通常采用真空吸盘。真空吸盘是现阶段最常见的一种气动执行原件，其主要材料是丁腈橡胶。真空吸盘的具体工作原理是：在真空吸盘的上部会有一个通气孔，一旦将气管连接到真空发生器上，吸盘的工作面就会接触到要提升的物料。真空发生器在工作时，真空吸盘的内部压力会显著降低，使其低于大气压，产生一定的力将吸附的物料提起，然后运送到指定的位置。当物体到达预定位置时，真空发生器会将气体送入吸盘，吸盘内的气压升高，当压力略高于大气压时，吸盘就会与物料分离，将物体放在指定的位置，完成相应的任务。

5 结论

我国工业目前仍处于发展阶段，绝大多数企业仍然是用手工或半机械化进行生产，员工的劳动强度大，同时还存在着对物料的浪费大、噪音大、安全系数低等问题，使得企业在招聘时很难招到工人，导致了我国工业的发展受到限制，阻碍了工业在智能化和安全性方面的发展。通过机械手的有效应用，能有效避免这些问题的出现，机械手在工业发展中的作用将逐步提高，相关企业需要加强对机械手的设计的重视，提高自身的优势，这对实现我国的工业的快速发展具有非常重要的作用。