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桁架机械手如何选择、分析、设计?


        我们可以把桁架机械手分成桁架、机械手、驱动系统。
桁架部分
        可以把桁架简单的看成梁,因为它的结构类似于力学当中的结构梁,从力学的角度分析,可以将机床桁架与简支梁做横向对比,可以通过简支梁的弯矩图分析桁架,增加机械手对桁架的作用力,我们可以参照下面的桁架机械手力学分析图。在机床上桁架机械手有着很高的要求,要求机械手有着效率高、可靠性强的要求,对于桁架的立柱选择,它要使桁架支撑稳定,同时也要节省机床的整体空间,而对于大多数立柱的结构,都选取钢结构。
 
桁架机械手力学分析图
 
机械手部分
机械手爪
        桁架机械手的作用就是起到运输的作用,它是使工件在上下料的轨道与机床内之间移动,将加工后的零件从机床上拿出,再将要加工的零件从轨道上拿起,放到机床上。主要的动作就是:爪张开,抓取,升降,左右移动。对于机械手的手爪设计有很多种方案和形式,可以根据不同的需求,选择不同的设计方法。下图就是雷杰科技为客户设计的其中一种。

桁架机械手爪
 
机械自锁手爪:这种结构很受客户的喜欢,机械自锁手爪的结构比较简单,但是在对抓取上也做了复杂的设计,为了防止在夹持零件时候脱落,增加了自锁装置。
连杆杠杆式手爪:从名称我们就可以联想到它的结构,连杆杠杆式手爪是利用机械连杆机构,通过连杆和杠杆的传递,使手爪夹持和松开,但这种机构有一个缺点,就是夹持力比较大。
齿轮齿条式手爪:这种机构的传递性最好,动作反应速度最快,它是通过齿轮之间的传动来控制手爪,可以实现速度上的突破。
 
机械手臂
        对于桁架上机械手的手臂设计时,要考虑机械手臂的载荷,在运动上要实现快速运动,但在机构上也要能承受力。在机床桁架上的机械手一般做直线运动,所以在考虑手臂设计时候,一般选择液压直接驱动机械臂,在机械手臂的液压缸选用上,要使液压缸的直径大一些,这样手臂的整体强度比较高,而对于液压缸的校核可以通过以下公式进行核对:
 
活塞杆直径的校核公式:
 
式中:F——活塞杆上的作用力;[σ]——活塞杆材料的许用应力。
 
缸体壁厚的校核公式:
 
式中:D——缸筒内径;py——缸筒的试验压力。
 
        桁架机械手的运动为机械手在桁架上做水平运动,到达指定位置后,机械手下降运动,手爪夹紧工件,带动工件上升,逆向运动,将零件放置到轨道上,手爪松开,在这个期间内,有几个位置PLC控制限位器,分别在机械手的下降和上升停止的时候。在机械手将零件从机床夹持时候,下一个工件到待定区域,机械手结束这个动作后,回到待加工零件位置处,机械手下降,夹持零件,将零件放置到机床内,机械手回到初始位置,PLC停止脉冲输出,机床进行加工,机械手完成运动,桁架机械手往返做以上运动。
 
驱动系统
        对于机床桁架机械手驱动方式的选择可分为回转型和移动型,是通过手指的方法区分,要是通过机械手夹持的不同可以分为内外两种。
(1)气动驱动方式:这种控制方式是通过电磁阀来控制机械手,在通过利用气流调节阀来控制机械手的运动速度,这种驱动的成本比较低,因为得到气体成本低。
(2)电动驱动方式:在机床桁架机械手设计上,这种驱动方式使用最频繁,因为机床也需要用电,而这驱动系统只是需要利用电机,就可以达到速度上的控制。
(3)液压驱动方式:液压驱动方式是通过液压系统进行控制,它的好处就是可以实现连续位置控制,同时传动刚度也大,液压驱动一般选择液压马达作为动力源,液压驱动元件的特点可以参照下表。
        中国制造业不断发展,而且劳动力成本也处在一个不断上升的趋势,机床在自动化行业欢迎程度也随之提高,但同时也要将机床的配套设施提高上去,尤其对于生产大批零件,机械手运用的也就越来越广。对于现代工业发展来说,机械手的发展速度并不是很快,对于机械手的控制上要采用PLC控制是最方便的,而对于机械手的发展要不断去开发,需要客观地分析实际情况去设计,要将多元素有机结合起来。


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