數控機床機械手機械結構設計
2021-7-5 來源： 天津龍創恒盛實業有限公司 作者：李天寶 習云飛
摘要：機械手設計在數控機床中起著較為重要的作用，其好壞直接決定數控機床的工作效率以及工作質量，因此必須設計好機械手，使其在數控機床的運轉中能夠發揮作用，使機床的運行更加流暢，提高機床運行的整體協調性。基于此，對數控機床機械手的各結構進行分析，著重闡述機械手的手爪、手臂、手腕以及其傳動結構的設計，介紹機械手各個部件設計的具體流程，使相關工作人員能夠更好地掌握機械手的結構設計。
關鍵詞：數控；機床；機械手；機械結構
1、機械手的設計及其發展意義
現如今，我國大部分的工廠在數控機床工作中，仍是由人工進行機床上工件的裝卸，不僅工作強度過大，而且工作效率較低，還無法保障工人們的安全。因此，為了提高數控機床的運行效率，替代人工操作，降低生產的成本，就需要利用機械手來實現。隨著科學技術的不斷發展，自動化技術正在不斷代替人工，例如機械手在工作時能夠有效地將系統和自動化融合在一起，大大縮減數控機床的運行時間，從而有效提高其工作效率。
2、機械手各部件的設計分析
2.1機械手爪的結構設計
機械手爪的主要作用為裝卸數控機床工件，機械手爪的類型較多，根據機械手爪的工作方式不同，可分為搬運式、加工式、測算式手爪，實際應用中應根據數控機床操作過程中的要求，選擇合適的機械手來完成相關的操作。此外，根據具體的工作環境，在滿足數控機床要求的前提下，設計機械爪式要盡量小巧、輕盈，還要有緊湊的結構以及較強的通用性。設計機械手爪時，一是要考慮在數控機床的工作過程中機械手爪出現問題時，相關工作人員能夠輕松地進行維修；二是要符合相關的流程；三是要考慮到設計過程中的成本。故根據以上的要求，在設計機械手爪式可設計杠桿式手爪，利用活塞的推力作用，使各結構完成聯動，從而使手爪做出放松和夾緊的動作。其在工作過程中會出現比較大的夾緊力，可能會產生一定的危險，所以機械手爪一般與彈簧結合起來使用。
2.2 機械手腕的結構設計
機械手腕位于機械手操作機的最末端，其主要作用為連接機械手臂與機械手爪。機械手腕應體積小、重量輕，設計時根據機械手實際的工作內容來確定機械手腕活動的自由度。一般來講，機械手腕的自由度數越多則機械手腕越靈活，但在提高機械手腕的自由度數目的同時，工作成本也會隨之大大提高，機械手腕的工作結構也會變得更為復雜，工作人員對機械手腕的控制也會更加困難，所以在設計機械手腕的自由度時，要根據相應的工作情況來加以確定。在工作中，機械手腕應有一定的剛度以及強度，這樣才能使工作順利進行。此外，機械手腕在工作時，如果超出其工作上限，機械手腕很容易損壞，所以在實際工作時應在機械手腕各個關節轉動的地方設置限位開關。為了在工作中保證數控機床的精確度，在設計機械手腕時要降低機械手腕關節連接的復雜程度，既要符合工作需求，同時還要保障工人的安全以及任務的可靠性，在具體的工作中，機械手腕保持在 3 個自由度完全能夠保證工作的進行。
2.3機械手手臂的結構設計
在實際的工作中，機械手臂會保持一定的運行速度進行工作，并且機械手手臂工作空間的形狀大小與其手臂長度及關節都有著密切的聯系，所以在設計機械手臂時，應考慮其在工作空間上存在的問題。在確保機械手手臂具有一定的強度與剛度的同時，減輕機械手手臂的重量，這樣才能使機械手手臂在工作時具有較快的運動速度，并且操作也會更加方便。此外，為了更好地控制機械手，在設計
機械手手臂時，應令其各個關節都保持平行，同時在設計時要盡可能地在機械手手臂的材料上減輕機械手手臂的重量，這樣才有利于機械手手臂對機械手的控制。此外，在不同的工作環境中，機械手手臂還對自身的控制具有一定的要求，因為機械手手臂大多為直線式，并且又具有很大的剛度，所以工作人員在進行相關工作時，一定要注意安全，可以利用液壓進行驅動的方式降低機械手手臂的控制難度，同時在管理控制時，盡量不要人工操作，而是使用計算機來進行管理控制。在實際的工作中，機械手手臂的結構不能過大，所以不能通過增大液壓缸直徑的方式來提高機械手臂的剛度，為了達到工作的需求可以在其大臂處增加幾個導桿，制作導桿時，需采用空心結構，這樣可以較好地減小機械手手臂的重量，并且還可以提高機械手在運動時的運動剛度與穩定性，從而解決機械手在結構上存在的問題。
2.4機械傳動結構的設計
機械手在運行過程中，其精度、穩定性以及響應能力都受機械傳動部件的影響。在具體工作中，機械手需要有一定的運動速度和控制精度，所以在設計機械手傳動結構時，應保持其小巧輕便，同時具有較為緊湊的結構，從而保持機械手在工作時具有一定的響應速度。此外，為了降低反向空回過程中產生的誤差，應盡可能地在其工作時使用間歇調整的機構。在日常生活中，螺旋傳動、齒輪傳動、鏈傳動以及同步傳動都較為的常見。在設計機械手手臂時，選取液壓缸作為設計材料，可以簡化機械手的結構，提高機械手的精度，不再需要使用中間的傳動機構。在設計機械手腰座的回轉時，因為采用了不僅電動機進行驅動，但直接的驅動元件不能使用電動機，所以在經過實際操作的
一系列對比之后，發現圓柱齒輪傳動較為符合條件。在機械手工作的過程中要有較為高的控制精確度，所以應使電機的轉動速度盡可能降低，使機械手在工作過程中能夠保持較為平穩的運轉。在選擇齒輪進行傳動時，要選用一級齒輪，以及傳動較大強度較高，并且硬度較大的材料制造機械手的機械傳動。
2.5機械手手臂的平衡結構設計
機械手在實際工作中，機械手手臂的平衡結構發揮著掌控運行速度以及使驅動器負載的作用。平衡裝置不僅可以使驅動器的負載降低，并且還能大大減少啟動時間。在實際工作中，彈簧平衡機構結構較為簡單，且造價成本較低，維修起來也十分方便，所以在機械手手臂的平衡設計時常應用彈簧式的平衡機構。此外，提高機械手的平衡機構在設計機械手的過程中起著較為重要的作用。另外，在設計機械手時，圓柱坐標式的結構應用較為廣泛。在設計整個機械手的過程中，應重點考慮機械手手臂平衡結構的設計，布局要合理，這樣才能在機械手實際運作時得到較好的平衡性，使系統在運轉時獲得整體上的平衡。例如，彈簧式的平衡機構可以滿足機械手的平衡要求，從而有效解決機械手在平衡方面的問題。
3、機械手的主要優勢及其運用
機械手在數控機床工作時具有明顯的優勢，其具有較強的負荷能力以及較高的工作效率，即使出現故障，也只是極少數情況下，極大地降低系統在運轉過程中的出錯率。隨著社會的進步與科技的發展，機械手在未來也將會得到更大程度的開發與使用，給施工人員提供更大的工作效益，大幅度減少他們的施工時間的同時提高其工作質量。機械手的工作效率較高，所以數據機床在運行時不僅可以有效縮短工作時間，并且能夠保障其安全性。另外，機械手還可以有效提高數控機床的剛性能力，提升轉機缸體的柔性，使數控機床在工作時的運行效率，以及其機械化的水準都得到切實有效的提高。
同時，工作人員在進行有關數控機床方面的工作時，需要邊工作邊學習，不斷學習相關的知識，提高自身的工作能力，使機械手可以充分有效地發揮其自身的作用，將工作效益提高到最大化，使數控機床可以在較低的工作成本上高效地運轉，來獲取較高的經濟效益。總的來說，機械手在數控機床中具有較為重要的作用，外界存在的種種因素會對機械手在實際的工作過程中產生一定的影響，所以在其結構性的設計優化的前提下，優化機械手結構的穩定性，可以使其價值得到有效提高。
4、結語
在數控機床的運行過程中，機械手可以有效提高數控機床在操作時的安全性，在保證數據機床能夠穩定運轉的同時，還要使機械手與數控機床有效地結合在一起，這樣不僅可以使其在柔性方面的優勢得到提高，并且還極大地減少其工作時間，使工作效率得到有效的提高。因此，合理地對機械手的機械機構進行設計，不僅可以提高機械手的工作性能及其工作效率，還能獲得較大的經濟效益，使機械手在具體的工作中發揮其應有的作用及價值。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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