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摘要：机械臂是当前机械制造业中的知名设备，是自动化高速生产线中不可缺少的设备。它的灵活性是制造上非常有价值的性能，惯性比较小，保证了机械臂完全可以代替人工，应用到生产线上。大型生产线和小型机床都可以使用机械臂，提高了整个生产设备的效率和质量。机械臂主要附着在机床的桁架结构上。然后，通过分析机械臂在生产工作中的作用、布局方案和动力部件，最终完成机床上桁架机械手的设计方案，并在整个机械制造业中得到应用。机械臂的应用大大提高了生产线的自动化程度，代替了人工，也保证了生产过程的安全性和稳定性。
关键词：机构分析;机械手;驱动系统
1导言
近年来，我国劳动力的价值不断上升，促进了自动化生产的发展。机床市场和一些中小型加工厂对自动化设备的要求越来越高。一些单件产品或批量产品数量大、结构简单，越来越依赖自动化设备。如果在这些生产中使用自动化设备，将大大降低成本，提高生产效率。
2桁架结构
用于机床的桁架机械手要求更高的可靠性和效率。桁架机械手主要由立柱部分、横梁部分、驱动部分、直线运动部分、润滑部分、控制部分等组成。
2.1立柱组件
立柱构件主要支撑整个结构，保证整个桁架在任何工况下都能稳定工作，没有振动和噪音。单机自动化设备一般采用双柱结构作为支撑。像一些较小的工件或者安装使用空间有限的地方，也可以采用单柱结构作为支撑。一般多机连接采用2n-1柱结构固定。柱结构主要采用钢结构，也有一些特殊结构采用铝合金作为材料。
2.2横梁组件
横梁作为整个工件的传输通道，一般由钢或铝合金制成。对于一些小尺寸的零件，有许多铝合金制成的立柱。但是，对于大中型结构的零件，大多采用钢结构作为主要材料。钢结构材料的主要优点是刚性好，生产成本低。然而，近年来铝合金梁的应用越来越广泛。主要优点在于结构轻巧，安装和托运方便。刚性好，外形美观，可应用于大批量生产。虽然其优点突出，但价格高也影响其应用范围，性价比也不是特别高。
2.3驱动组件
桁架结构一般采用带齿轮减速器或皮带传动的伺服电机。目前大部分桁架速度都在60-170米/分钟，用一般的螺杆传动很难满足桁架构件的速度要求。但是大部分厂家还是用齿轮齿条式电机，具有传动精度高的优点。一般传输精度可达0.06毫米.如果设备对传动精度要求不高，也可以使用带伺服电机的同步带，比较适合中小型设备。其优点是结构设计简单，使用维护方便，成本要求低等。精度一般可以达到0.09mm，但存在同步带断裂等安全问题。
2.4线性移动部件
桁架通常采用直线导轨或V型导轨系统。如果使用直线导轨作为高于120m/min的高速桁架，则存在滑块脱落的风险。因此，在高速桁架领域，近年来出现了V型导向系统，取代了传统的直线导向。新推出的V型导向系统比直线导向更有优势。
2.5润滑零件
桁架机械手一般行程长，速度快。使用稀油润滑效果差，对环境污染大。通常使用油脂润滑或480号高粘度润滑油。用自动润滑泵定期润滑导轨。
2.6控制组件
桁架机械手成功的关键在于其可靠性。为了提高元器件的可靠性，降低故障率，通常采用航空连接器连接电气元器件。这样，可以防止由不准确的焊接引起的稳定性影响。同时，系统需要采取安装保险、限位设计、零开关、零回程延时开关等安全措施。
3机械手和手臂
3.1机械手的结构和原理
机械手由多轴运动主体、驱动系统和控制系统组成。根据机械手结构，可以是直角坐标型。常用于装卸机床的二自由度机械手沿二维直角坐标系运动。主体通常采用龙门结构，由Y轴梁、Z轴竖梁、立柱、中间过渡连接板和底座组成。Z轴的直线运动是伺服电机带动固定在Z轴竖梁上的齿轮和齿条滚动，从而带动移动的负载（零件）沿Z轴导轨快速移动。Z轴为了减轻自身重量，采用铝合金制成。横梁一般根据抓取载荷的重量采用方钢型材或铝合金型材。Y轴梁上安装有导轨和齿条，Z轴由齿条和小齿轮驱动左右移动。整个机械手悬挂在z轴下端。
由于机械手移动速度快，加速度高，在搬运较重的工件时，伺服驱动电机要有足够的驱动和制动能力，支撑元件也要有足够的刚度和强度。只有这样，伺服电机才能满足桁架机械手高刚度、高精度的要求。同时考虑到停电的影响，Z轴电机采用自动制动，具有制动能力，保证设备在使用中的安全性。Z轴和Z轴，考虑到移动速度快的因素，容易出现失控的危险。在轮廓的两端提供软限制和硬限制。双层保护用于确保生产过程中的安全。
3.2机械手
桁架机械手的作用是运输。它在装卸导轨和机床之间移动工件，从机床上取下加工件，从导轨上取下加工件，放在机床上。主要动作有：开爪、抓取、抬起、左右移动。机械手爪子的构造有多种方案和形状，可根据需要选择各种构造方法。
机械自锁手爪：设计师很喜欢这种结构，因为它很受消费者欢迎。其结构相对简单，但也有复杂的握持设计，防止夹片掉落时增加自锁装置。带连杆的手爪：这个结构可能是受名字启发。在其构造中，机械联动机构用于穿过联动装置并建立和释放夹持器。齿条夹持器：这种类型的机构具有最好的便携性和最快的響应速度。它通过齿轮之间的传动来控制手爪的开合，从而实现速度上的突破。
3.3手臂
在桁架上设计机械臂时，必须考虑机械手的载荷，如果要快速控制运动，机械结构必须有足够的承载能力。机床桁架上的机械手通常执行直线运动。所以在设计手臂时，通常选择气缸直接驱动手臂。在选择机械手的气缸时，气缸的直径应该更大，以使手臂的整体强度更高。
4驱动系统
机床桁架机械手驱动方式的选择可分为旋转型和移动型，用手指法区分，如果被机械手夹紧，可分为内部型和外部型。
（1）气动驱动方式：这种控制方式是通过电磁阀控制机械手，机械手的移动速度是用气流调节阀控制的，所以驱动成本比较低，因为获取气体的成本低。
（2）电驱动方式：这种驱动方式在机床桁架机械手的设计中使用频率最高，因为机床也需要电，这种驱动系统只需要用电机来实现速度控制。
5结论
目前国内大部分厂商已经感受到自动化生产线带来的好处，正在加强这方面的投入。然而，对于一个机器人手臂制造商来说，开发和制造一个机器人手臂并不难，也很难保证其稳定性和高效率。因此，只有保证其稳定性和准确性，才能得到各厂商的信任，从而获得机械臂的市场。
参考文献
[1]机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京机械工业出版社，2009.
[2]机床设计手册编写组.机床设计手册：第二册北京机械工业出版社，1979.
[3]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，2017，000（007）：33-34.
（沈阳汇信机电设备制造有限公司 辽宁 沈阳 110036）
关键词：机构分析;机械手;驱动系统
1导言
近年来，我国劳动力的价值不断上升，促进了自动化生产的发展。机床市场和一些中小型加工厂对自动化设备的要求越来越高。一些单件产品或批量产品数量大、结构简单，越来越依赖自动化设备。如果在这些生产中使用自动化设备，将大大降低成本，提高生产效率。
2桁架结构
用于机床的桁架机械手要求更高的可靠性和效率。桁架机械手主要由立柱部分、横梁部分、驱动部分、直线运动部分、润滑部分、控制部分等组成。
2.1立柱组件
立柱构件主要支撑整个结构，保证整个桁架在任何工况下都能稳定工作，没有振动和噪音。单机自动化设备一般采用双柱结构作为支撑。像一些较小的工件或者安装使用空间有限的地方，也可以采用单柱结构作为支撑。一般多机连接采用2n-1柱结构固定。柱结构主要采用钢结构，也有一些特殊结构采用铝合金作为材料。
2.2横梁组件
横梁作为整个工件的传输通道，一般由钢或铝合金制成。对于一些小尺寸的零件，有许多铝合金制成的立柱。但是，对于大中型结构的零件，大多采用钢结构作为主要材料。钢结构材料的主要优点是刚性好，生产成本低。然而，近年来铝合金梁的应用越来越广泛。主要优点在于结构轻巧，安装和托运方便。刚性好，外形美观，可应用于大批量生产。虽然其优点突出，但价格高也影响其应用范围，性价比也不是特别高。
2.3驱动组件
桁架结构一般采用带齿轮减速器或皮带传动的伺服电机。目前大部分桁架速度都在60-170米/分钟，用一般的螺杆传动很难满足桁架构件的速度要求。但是大部分厂家还是用齿轮齿条式电机，具有传动精度高的优点。一般传输精度可达0.06毫米.如果设备对传动精度要求不高，也可以使用带伺服电机的同步带，比较适合中小型设备。其优点是结构设计简单，使用维护方便，成本要求低等。精度一般可以达到0.09mm，但存在同步带断裂等安全问题。
2.4线性移动部件
桁架通常采用直线导轨或V型导轨系统。如果使用直线导轨作为高于120m/min的高速桁架，则存在滑块脱落的风险。因此，在高速桁架领域，近年来出现了V型导向系统，取代了传统的直线导向。新推出的V型导向系统比直线导向更有优势。
2.5润滑零件
桁架机械手一般行程长，速度快。使用稀油润滑效果差，对环境污染大。通常使用油脂润滑或480号高粘度润滑油。用自动润滑泵定期润滑导轨。
2.6控制组件
桁架机械手成功的关键在于其可靠性。为了提高元器件的可靠性，降低故障率，通常采用航空连接器连接电气元器件。这样，可以防止由不准确的焊接引起的稳定性影响。同时，系统需要采取安装保险、限位设计、零开关、零回程延时开关等安全措施。
3机械手和手臂
3.1机械手的结构和原理
机械手由多轴运动主体、驱动系统和控制系统组成。根据机械手结构，可以是直角坐标型。常用于装卸机床的二自由度机械手沿二维直角坐标系运动。主体通常采用龙门结构，由Y轴梁、Z轴竖梁、立柱、中间过渡连接板和底座组成。Z轴的直线运动是伺服电机带动固定在Z轴竖梁上的齿轮和齿条滚动，从而带动移动的负载（零件）沿Z轴导轨快速移动。Z轴为了减轻自身重量，采用铝合金制成。横梁一般根据抓取载荷的重量采用方钢型材或铝合金型材。Y轴梁上安装有导轨和齿条，Z轴由齿条和小齿轮驱动左右移动。整个机械手悬挂在z轴下端。
由于机械手移动速度快，加速度高，在搬运较重的工件时，伺服驱动电机要有足够的驱动和制动能力，支撑元件也要有足够的刚度和强度。只有这样，伺服电机才能满足桁架机械手高刚度、高精度的要求。同时考虑到停电的影响，Z轴电机采用自动制动，具有制动能力，保证设备在使用中的安全性。Z轴和Z轴，考虑到移动速度快的因素，容易出现失控的危险。在轮廓的两端提供软限制和硬限制。双层保护用于确保生产过程中的安全。
3.2机械手
桁架机械手的作用是运输。它在装卸导轨和机床之间移动工件，从机床上取下加工件，从导轨上取下加工件，放在机床上。主要动作有：开爪、抓取、抬起、左右移动。机械手爪子的构造有多种方案和形状，可根据需要选择各种构造方法。
机械自锁手爪：设计师很喜欢这种结构，因为它很受消费者欢迎。其结构相对简单，但也有复杂的握持设计，防止夹片掉落时增加自锁装置。带连杆的手爪：这个结构可能是受名字启发。在其构造中，机械联动机构用于穿过联动装置并建立和释放夹持器。齿条夹持器：这种类型的机构具有最好的便携性和最快的響应速度。它通过齿轮之间的传动来控制手爪的开合，从而实现速度上的突破。
3.3手臂
在桁架上设计机械臂时，必须考虑机械手的载荷，如果要快速控制运动，机械结构必须有足够的承载能力。机床桁架上的机械手通常执行直线运动。所以在设计手臂时，通常选择气缸直接驱动手臂。在选择机械手的气缸时，气缸的直径应该更大，以使手臂的整体强度更高。
4驱动系统
机床桁架机械手驱动方式的选择可分为旋转型和移动型，用手指法区分，如果被机械手夹紧，可分为内部型和外部型。
（1）气动驱动方式：这种控制方式是通过电磁阀控制机械手，机械手的移动速度是用气流调节阀控制的，所以驱动成本比较低，因为获取气体的成本低。
（2）电驱动方式：这种驱动方式在机床桁架机械手的设计中使用频率最高，因为机床也需要电，这种驱动系统只需要用电机来实现速度控制。
5结论
目前国内大部分厂商已经感受到自动化生产线带来的好处，正在加强这方面的投入。然而，对于一个机器人手臂制造商来说，开发和制造一个机器人手臂并不难，也很难保证其稳定性和高效率。因此，只有保证其稳定性和准确性，才能得到各厂商的信任，从而获得机械臂的市场。
参考文献
[1]机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京机械工业出版社，2009.
[2]机床设计手册编写组.机床设计手册：第二册北京机械工业出版社，1979.
[3]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，2017，000（007）：33-34.
（沈阳汇信机电设备制造有限公司 辽宁 沈阳 110036）