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1、机床机械桁架机械手的设计与结构摘要：机械手臂是先进的生产设备, 实现生产的高度自动化, 可以自动的搬 运或者抓取材料、货物。将机械手臂和数控机床结合，就能够形成自动化的生产 线，可以自动化的完成生产流程的各个环节，比如说装料、组装、生产和回收等 能够大幅度的提升生产的效率，减少人工劳动，降低人力成本。如今科技在不断 的发展，机械手臂也有了更多的应用范围。下面我们就简单分析了自动化数控机 床的机械手臂的应用情况，要想更好的对机械手臂应用就应该有科学的设计方案 要明确设计需要，选择合适的开发平台和语言。同时还要设定好有关的结构与常 用的指令。还有就是对于机械手臂的数据通信结构的设计同样也是很关键的
2、，还 有做好上面的这些工作，才能制定出能够更高效的对机械手臂进行应用。下面我 们就对此展开了深入的分析与探讨，希望能够为有关人员提供一些参考。关键词：机构分析；机械手；驱动系统引言如今在机械制造业对于机械手臂的应用是相当普遍的，特别对于自动化高速 生产线来说，机械手臂更是有着极为关键的作用。嗯。机械手臂是很灵活的，这 对于生产制造来说相当的重要，同时他的惯性也很小，所以机械手臂在生产线上 可以将人工完全的取代。1 总体结构对于机床桁架机械手的设计以及分析两方面来进行，而如果是分析桁架的话 因为其结构和力学的结构梁比较类似，所以，我们为了方便可以看作是梁来进行 分析，将桁架与简支梁进行比较，这样
3、只需分析简支梁的弯矩图就能够实现对于 桁架的分析，使机械手能够更有效的对桁架施加作用力。机床桁架对于机械手的 要求是非常高的，既要保证效率，有需要有足够的可靠性，在选择桁架立柱的时 候主要考虑的就是能够能为其提供稳定的支撑，并且还要尽量减少机床的体积， 通常立柱结构都是钢结构的。2 桁架结构2.1 立柱组件立柱组件主要是用来对结构进行支撑的，使桁架能够始终保证比较稳定的工 作，不会出现振动或者噪声，通常情况下单机自动化设备采用的都是双立柱结构 提供支撑。有些工件比较小或者是安装以及使用空间比较小的话，也有采用单立 柱结构进行支撑的。通常如果是多级连线的话，就需要按照 2n-1 数量的立柱结 构
4、进行固定。立柱结构一般采用的都是钢结构，有些有特殊要求的也可以采用铝 合金材质的。2.2 横梁组件横梁是工件进行传输的一个主要通道，其材质通常为钢或者铝合金，通常情 况下，规格比较小的零件大多都是材料铝合金立柱，而大中型的零件则更多的都 是钢结构的。刚结构材料的优点就在于它有着良好的刚性，同时产成本也会很低。 不过如今对于铝合金横梁的应用也在不断增加，这主要是因为这种材质结构在重 量上会比较轻，安装以及托运都比较方便。而且也有足够的刚性，在外观上也会 比较好看，同样也能够进行大批量的生产，不过这种材质的缺点就在于价格会比 较高，缺少性价比，所以也在一定程度上限制了它的使用范围的扩大。2.3 驱
5、动部件桁架结构驱动方式通常就是带传动或者伺服电机配合齿轮减速箱，桁架的速 度通常就是在 60-170m/min 左右，如果是丝杠传动的话在速度上就无法得到满足 应用的比较多的还是电机和齿轮齿条进行搭配的方式，他的优点就是在于传动精 度会比较高，能够差不多达到0.06mm。对于传统精度要求不高的设备，也有很多 会采用同步搭配伺服电机的，一般中小型设备应用这种传统方式的会比较多，它 的结构会比较简单，维护起来也很方便，成本也不高，其精度也能够达到 0.09mm 不过有可能出现同步带断裂的情况，有着一定的安全隐患。2.4 直线运动部件桁架使用的比较多的系统就是线性或者 V 形导轨，对于速度达到 12
6、0m/min 的桁架，采用直线导轨的话就可能出现滑块脱落的情况，因此，在这一领域逐步 应用了 V 形导向系统，线性导向逐渐被其所取代。3 机械手及手臂3.1 机械手臂的总体设计械手臂作为一种传送装置，在自动化生产线上的应用是相当多的，这也可以 算作是一种机器人。如果只是从外表来看的话，桁架机械手要比工业机器人差很 多，智能化的程度也比较低，局限性是比较大的。我在工业行业对于智能设备的 应用可以大幅度的提升其价值，如今，对于桁架机械手的应用主要就是用来进行 物体的搬运的，是自动化生产线上的辅助设备，发挥着相当重要的作用。3.2 机械手的原理以及结构形势分析桁架机械手臂可以分成三个主要的部分，分别
7、是主体，驱动系统，按照机械 手臂自身的结构形式来说，可以将之布置在一个平面的直角坐标系中，然后机械 手臂就会在坐标系上移动。设计的主要结构形式就是龙门式的，其主要的部分就 是 Z 轴的竖梁以及外轴的横梁，其余的还有过度连接板、基座和立柱等。伺服电 机会控制机械手的水平运动，一般使用的导轨都是铝合金的，重量比较轻，滑道 摩擦力也比较小。3.3 机械手抓手设计机械手的抓手是有着很多不同的种类的，具体选择哪种还是要看实际的情况 这些抓手都有着各自的特点，能够适应各种生产需要，比较常见的抓手型号就是 下面几种：第一种，机械自锁抓手，其结构是比较简单的，设计的重点在于抓取 动作上，这种抓手都有自锁装置，
8、能够避免夹持的零件发生脱落的情况。它的优 点就在于非常的精准，而且安全性也很高，是系统设计应用的非常多的一种形式 第二种，连杆杠杆式抓手，其设计的要点是机械连杆结构，依靠杠杆和连杆来进 行传递，使抓手能够完成抓取和放下的操作，不过，抓手的夹持力度往往是比较 大的，这就可能会损坏抓取的材料、产品，所以这种类型的抓手应用的并不多； 第三种，齿轮齿条式抓手，也就是利用齿轮传动来控制抓手的动作，其传递性能 比较好，对于控制指令能够很快的相应，如果对于生产速度要求比较高的话可以 采用这种形式。3.4 机械手臂设计机械手的手臂的时候主要考虑的就是其运行过程中需要承载的负荷，在 结构上必须要能够承载这些负荷
9、，而且还要能够实现快速的运动。一般桁架使用 的机械手臂只需要做出直线运动即可，所以通常采用液压来驱动手臂运动。在选 择液压缸的时候最好是使用直径比较大的，这样机械手臂的强度也会比较高，机 械手也主要就是进行水平运动，在运动到制定位置以后，机械手臂就会进行上下 运动，对材料、部件进行抓紧，提升到生产线轨道，然后松开。在此期间，会通 过不同位置的 PLC 控制限位器来限制机械手臂的运行范围，在机械手臂将部件夹 起来以后，还会有部件移动过来，进入待定区域，机械手臂运输部件到制定位置 以后也会返回这里，继续夹持下一个部件，进行运输，就是通过这样的方式不断 的进行重复作业。只要机械手臂到达了部件待定区域
10、，PLC控制限位器就会停止 脉冲输出，这时，自动化机械机床对部件进行加工，机械手臂完成运动后，桁架 机械手进行上述循环操作，实现生产线的自动化发展。4 结论现代社会正在快速的发展，社会经济水平也有了很大的提升，与此同时，人 工劳动力成本也越来越高，成为企业很大的一项负担。对于机械机床的自动化发 展也提出了新的需求，通过桁架机械手臂的工作对传统生产模式下的人工进行取 代，能够从根本上提高生产机床配套设施的自动化程度。现阶段机械机床中，桁 架机械手臂的应用还存在一定的局限，主要体现在控制系统以及驱动系统的结构 尚未形成完善的系统式标准，对此，设计人员可以加大 PLC 控制方式的应用程度 并在设计时
11、兼顾多方面影响因素因素，并结合多方力量对设计完成的桁架机械手 臂进行充分的测试，从根本上提高其实用能力，避免主观盲目设计。只有这样才 能够进一步提高桁架机械手臂的工作能力和工作质量，促进自动化生产线的健康 稳定发展。参考文献：1 徐留明，杨国峰机床机械桁架机械手的设计与结构分析J.轻工科 技,2021,37(09):55-58.2 李翔.机床机械桁架机械手的设计与结构分析J.时代汽车,2020(19):101-102.3 江琴，李俊敏,杜长星.机床机械桁架机械手的设计与结构分析J.轻工科 技,2020,36(04):47-48.4 陈永波.桁架机械手结构和设计分析J.科技资讯,2020,18(03):60-61.5 王雪,刘大敏.机床机械桁架机械手的设计与结构分析J.中国新技术新 产品,2017(07):33-34.
