精密插片機(jī)械手關(guān)鍵技術(shù)

陳學(xué)軍 陳 卓 祝新宇 陳金萍

（西北機(jī)電工程研究所，陜西咸陽(yáng)712099）

在汽車工業(yè)領(lǐng)域，精密插片機(jī)作為非標(biāo)特種設(shè)備，在大批量生產(chǎn)并降低生產(chǎn)成本方面具有明顯的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，屬于先進(jìn)制造技術(shù)。精密插片機(jī)對(duì)我們來(lái)說(shuō)是一個(gè)全新的產(chǎn)品，供貨時(shí)間短、研制風(fēng)險(xiǎn)大、研制費(fèi)用高，沒(méi)有現(xiàn)成產(chǎn)品和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可以借用。精密插片機(jī)的核心部件精密插片機(jī)械手在開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)中有著非常大的難度。它要能夠模仿人手的動(dòng)作，按給定的程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、移載、插裝插片的功能。精密插片機(jī)械手可以提高插片的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率;也可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

1 精密插片機(jī)械手簡(jiǎn)介

精密插片機(jī)械手結(jié)構(gòu)如圖1所示，該精密插片機(jī)械手主要用于汽車零件的插裝。此機(jī)械手主要由立柱、手臂、定位塊、手指等構(gòu)成，屬于自動(dòng)化機(jī)械手。

2 精密插片機(jī)械手技術(shù)參數(shù)

3 精密插片機(jī)械手關(guān)鍵技術(shù)

3.1 手指

（1）手指具有足夠的夾緊力:在確定手指的夾緊力時(shí)，除考慮工件重量外，還要考慮在移載和插裝過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和插裝力，以保證插片插入的深度，不致插片線軸在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中使插片產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。

（2）手指間應(yīng)具有一定的開(kāi)閉距離:兩手指張開(kāi)與閉合的兩個(gè)極限位置稱為手指的開(kāi)閉距離。手指的開(kāi)閉距離應(yīng)保證插片能順利進(jìn)入或脫開(kāi)。

（3）手指具備準(zhǔn)確定位功能:為使手指和被夾持插片保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)插片的形狀，設(shè)計(jì)相應(yīng)的手指形狀，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位夾緊。

（4）手指具有足夠的強(qiáng)度和剛度:手指除受到被夾持插片的反作用力外，還受到移載機(jī)械手臂在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形。

（5）手指結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單緊湊，自重輕。

3.2 手臂

（1）手臂具有足夠的強(qiáng)度和剛度:手臂在移載的過(guò)程中，不僅要克服自身和手指的重力，還要克服其在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度以防止折斷或彎曲變形。

（2）手臂具有足夠的定位精度:手臂在移載的過(guò)程中，必須定位準(zhǔn)確可靠，重復(fù)精度要高。機(jī)械擋塊定位是常用的一種定位方式，是在行程的起點(diǎn)和終點(diǎn)設(shè)置機(jī)械擋塊。當(dāng)插片機(jī)械手在起點(diǎn)和終點(diǎn)位置時(shí)，緊靠擋塊而定位。

（3）手臂采用良好的緩沖定位方式:手臂移載接近起點(diǎn)和終點(diǎn)位置時(shí)，必須利用緩沖器的緩沖作用，使手臂定位前已經(jīng)減速，在這種情況下，定位能達(dá)到較高的重復(fù)精度，一般可高于±0.1 mm。

（4）手臂移動(dòng)用氣缸可選用SMC或FESTO產(chǎn)品。

3.3 定位速度

定位速度對(duì)定位精度影響很大。這是因?yàn)槎ㄎ凰俣炔煌瑫r(shí)，必須耗散的運(yùn)動(dòng)部件的能量不同。通常，為減小定位誤差應(yīng)合理控制定位速度，如提高緩沖裝置的緩沖性能和緩沖效率，并且控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使運(yùn)動(dòng)部件適時(shí)減速。

3.4 立柱

立柱作為精密插片機(jī)械手的支撐部分，必須具有足夠的剛度和強(qiáng)度。立柱不僅要克服自身重力，還要克服手臂、手指和定位塊等在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度以防止折斷或彎曲變形。

3.5 驅(qū)動(dòng)源

氣壓的壓力波動(dòng)及電壓、氣溫的波動(dòng)都會(huì)影響插片機(jī)械手的重復(fù)定位精度。因此，可以采用必要的穩(wěn)壓及調(diào)節(jié)氣溫措施。

3.6 控制系統(tǒng)

開(kāi)關(guān)、電磁閥等電氣元件的位置精度和靈敏度是不相同的。由于各種控制元件的精度和靈敏度不同，控制的精確度會(huì)有相應(yīng)的變化;并且也與控制系統(tǒng)的控制方式有關(guān)，帶有反饋系統(tǒng)的閉環(huán)控制方式比不帶反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)控制方式精確度要高。精密插片機(jī)械手控制方式采用可編程序控制器控制，具有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種方式?？删幊绦蚩刂破骺刂朴休^高的靈活性，當(dāng)精密插片機(jī)械手工藝流程改變時(shí)，只要對(duì)PLC控制程序做相應(yīng)的更改即可。

4 結(jié)語(yǔ)

本精密插片機(jī)械手結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠，設(shè)計(jì)周期短;能夠具體問(wèn)題具體分析，采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的通用元配件，使成本大為降低，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性;實(shí)現(xiàn)了插片過(guò)程的自動(dòng)化、無(wú)人化;而且，只要把手指的結(jié)構(gòu)稍作改變，就可實(shí)現(xiàn)多種插片的自動(dòng)上料。此精密插片機(jī)械手在生產(chǎn)中提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，促進(jìn)了生產(chǎn)技術(shù)。此精密插片機(jī)械手在插片機(jī)領(lǐng)域的插裝技術(shù)有所突破，同時(shí)為類似插片機(jī)的發(fā)展與進(jìn)步起到推動(dòng)作用。

［1］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第二、三卷）［M］.4版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

［2］自動(dòng)化技術(shù)－氣動(dòng)元件［Z］.FESTO 2010版.