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[摘 要]在上下料开工中，机械手结构设计是极其重要的一个技术环节，直接影响了整个数控机床的运行质量和效率，因此，研究分析数控机床上下料机械手结构设计，结合机械的运行特点，制定好机械手的机械结构设计流程，使之在机床运行中充分运用。本文分析了数控机床下料机械手整体结构设计和各基本部件结构设计，旨在提高整个数控机床的控制精度和响应速度。
[关键词]数控机床；下料机械手；结构设计
中图分类号：P58 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）44-0330-01
随着现代化、自动化机械行业的发展，数控机床中人工工件装填的模式已经越来越难以满足高效率生产需求。在各大工厂生产线上，由人力完成的数控机床工件装填不仅生产效率难以到达预期，也加重了职工劳动强度，还存在一定的对职工的生命健康安全问题，已经难以适应机械行业自动化、现代化发展趋势。为提高生产效率、安全性，根据数控机床的机械结构设计的上下料机械手被广泛应用在生产中，发挥机械手工作效率高、精准性高、负载能力强等优势，提高数控机床运行质量和效率[1]。
1数控机床下料机械手整体结构设计
现代工业生产中数控机床下料机械手结构设计形式有：圆柱坐标结构、球状坐标结构、直角坐标结构、关节结构。根据数控机床机械手的安装形式，及对其工作的要求，设计结构形式主要为圆柱坐标式，最主要的特点就是工作精度较高、工作区间较大。而下料机械手为圆柱坐标结构时，其空间运动模式主要为机械臂回转运动、伸缩运动，支撑柱升降运动，从而实现上下料工作，圆柱坐标结构的下料机械手工作自由度数为3，工作区间为圆柱形状，基本结构组成较为简单，多用于机床上工件的搬运，工作精度较高[2]。
2数控机床下料机械手各基本部件的结构设计
2.1手抓结构设计
下料机械手的手抓主要承担的是工件装卸任务，而根据机床的具体工作方式和特点，下料机械手可分为三类：搬运类、加工类、测量类。机械手手抓结构的设计原则就是以满足不同类工作为第一目的，在此基础上再对结构设计进行优化，使得其结构更为简单，在保证通用性好的同时实现与现代智能计算机控制系统的良好兼容。在设计下料机械手手抓结构时，应尽量简化结构，减少连接部件，并充分考虑安装与维修问题[3]。如今机械手手抓结构设计多采用杠杆式连接结构模式，利用活塞的推压作用，使各部件结构联动，从而让机械手手抓做出握紧和放开的动作，完成具体工作。杠杆式结构能将作用力放到最大，提高机械手手抓工作负载。
2.2手腕结构设计
下料机械手手腕是整个指定动作完成的最尾端，是机械手手臂与手抓相连的关键部件，起到连接手臂、控制手抓完成具体工作的作用。因此，在下料机械手手腕结构设计中要突出其作为连接部件的作用，在满足特定工作需求的同时实现体积小巧、结构紧凑。而下料机械手手腕活动的自由度由机床机械手具体工作内容决定，而手腕结构的自由度数也决定了机械手手腕的部件灵活性和运动性，自由度数越高，灵活性越强，各种部件搬运操作运动路线更多。而增加手腕结构的自由度，相应的也会增加手腕部结构的复杂性，也会增加设计和制造成本；为了增加手腕结构的自由度，必须要提高机械臂工作时各种力的传递连贯性，这就要求提高连接的结构要具有足够的强度和刚度。同时为了保证机械运动的精度，还应尽量将手部各部件联动复杂程度降低，并以构件的刚度性质为机构运动设置硬限位，防止机械手做出超限运动，造成自身损坏并对操作人员造成伤害。因此，下料机械手手腕结构设计应本着结构简单、结构紧凑的原则，并保证机械手操作进度和安全性，满足具体工作需求，应将自由度设为3，实现下料机械手各种复杂操作[4]。
2.3机械传动机构的设计
下料机械手机械传统机构的设计对机械手的操作精度、控制难度、响应速度等有着直接的影响，机械传动机构设计应以机构紧凑、简单，重量轻为主，在保证机械手基本操作的基础上，减少反向空回运动，提高结构运动控制精度。同时优化设计各连接结构间的链传动配合方式，提高其傳动系统刚度，延长系统使用寿命。机械手传动机构的传动形式有螺旋传动、链传动、齿轮传动等，而目前多采取齿轮传动形式，以齿轮为传动基本构件，满足系统传动和运动的进度要求，减少各构件间配合传动误差。为满足这些要求，选择的齿轮应具有足够的强度、硬度和制造精度。
3机械手手臂平衡机构设计
下料机械手手臂平衡机构的设计应充分考虑对驱动器负载及系统对各种控制命令的相应速度的影响。在实际生产中，多采用弹簧式平衡机构，发挥其结构简单、便于维修、平衡效果良好的的特点实现整个系统平衡运动的效果，采取弹簧式平衡机构能有效优化平衡效果。
4结语
总之，随着现代机械行业向全自动化、高生产效率的方向发展，数控机床上以人工装填工件的生产模式已经越来越难以满足生产需求，结合机床特点和具体工作内容，设计满足工作要求的下料机械手机构投入生产，提高生产效益势在必行。机械手结构设计的关键在于优化设计基本构件、传动机构、平衡机构、连接机构等的基础上实现整个系统的平衡于东，调整布局形式和配合方式，以提高下料机械手具体操作的精度，降低控制难度，提高各机构的响应速度，严格控制机械手的影响因素，实现机械手工作效率最大化的目的，促进数控机床生产效率和质量。
参考文献
[1]黄鸣.PLC数控机床上料机械手控制系统设计[J].长春工业大学学报，2017，38（05）：506-511.
[2]史桂福.数控机床上下料机械手的机械结构设计[J].中国设备工程，2017（15）：161-162.
[3]丁文晖.永宏PLC在数控机床上下料机械手上的应用[J].智慧工厂，2017（02）：61-64.
[4]吕鹏飞.浅议数控机床上下料机械手的机械结构设计[J].机电信息，2013（21）：140-141.
作者简介
张朝宇（1989年8月）男；民族：汉族；湖南省郴州市。单位：广东美的制冷设备有限公司。研究方向：自动化机械结构设计。
[关键词]数控机床；下料机械手；结构设计
中图分类号：P58 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）44-0330-01
随着现代化、自动化机械行业的发展，数控机床中人工工件装填的模式已经越来越难以满足高效率生产需求。在各大工厂生产线上，由人力完成的数控机床工件装填不仅生产效率难以到达预期，也加重了职工劳动强度，还存在一定的对职工的生命健康安全问题，已经难以适应机械行业自动化、现代化发展趋势。为提高生产效率、安全性，根据数控机床的机械结构设计的上下料机械手被广泛应用在生产中，发挥机械手工作效率高、精准性高、负载能力强等优势，提高数控机床运行质量和效率[1]。
1数控机床下料机械手整体结构设计
现代工业生产中数控机床下料机械手结构设计形式有：圆柱坐标结构、球状坐标结构、直角坐标结构、关节结构。根据数控机床机械手的安装形式，及对其工作的要求，设计结构形式主要为圆柱坐标式，最主要的特点就是工作精度较高、工作区间较大。而下料机械手为圆柱坐标结构时，其空间运动模式主要为机械臂回转运动、伸缩运动，支撑柱升降运动，从而实现上下料工作，圆柱坐标结构的下料机械手工作自由度数为3，工作区间为圆柱形状，基本结构组成较为简单，多用于机床上工件的搬运，工作精度较高[2]。
2数控机床下料机械手各基本部件的结构设计
2.1手抓结构设计
下料机械手的手抓主要承担的是工件装卸任务，而根据机床的具体工作方式和特点，下料机械手可分为三类：搬运类、加工类、测量类。机械手手抓结构的设计原则就是以满足不同类工作为第一目的，在此基础上再对结构设计进行优化，使得其结构更为简单，在保证通用性好的同时实现与现代智能计算机控制系统的良好兼容。在设计下料机械手手抓结构时，应尽量简化结构，减少连接部件，并充分考虑安装与维修问题[3]。如今机械手手抓结构设计多采用杠杆式连接结构模式，利用活塞的推压作用，使各部件结构联动，从而让机械手手抓做出握紧和放开的动作，完成具体工作。杠杆式结构能将作用力放到最大，提高机械手手抓工作负载。
2.2手腕结构设计
下料机械手手腕是整个指定动作完成的最尾端，是机械手手臂与手抓相连的关键部件，起到连接手臂、控制手抓完成具体工作的作用。因此，在下料机械手手腕结构设计中要突出其作为连接部件的作用，在满足特定工作需求的同时实现体积小巧、结构紧凑。而下料机械手手腕活动的自由度由机床机械手具体工作内容决定，而手腕结构的自由度数也决定了机械手手腕的部件灵活性和运动性，自由度数越高，灵活性越强，各种部件搬运操作运动路线更多。而增加手腕结构的自由度，相应的也会增加手腕部结构的复杂性，也会增加设计和制造成本；为了增加手腕结构的自由度，必须要提高机械臂工作时各种力的传递连贯性，这就要求提高连接的结构要具有足够的强度和刚度。同时为了保证机械运动的精度，还应尽量将手部各部件联动复杂程度降低，并以构件的刚度性质为机构运动设置硬限位，防止机械手做出超限运动，造成自身损坏并对操作人员造成伤害。因此，下料机械手手腕结构设计应本着结构简单、结构紧凑的原则，并保证机械手操作进度和安全性，满足具体工作需求，应将自由度设为3，实现下料机械手各种复杂操作[4]。
2.3机械传动机构的设计
下料机械手机械传统机构的设计对机械手的操作精度、控制难度、响应速度等有着直接的影响，机械传动机构设计应以机构紧凑、简单，重量轻为主，在保证机械手基本操作的基础上，减少反向空回运动，提高结构运动控制精度。同时优化设计各连接结构间的链传动配合方式，提高其傳动系统刚度，延长系统使用寿命。机械手传动机构的传动形式有螺旋传动、链传动、齿轮传动等，而目前多采取齿轮传动形式，以齿轮为传动基本构件，满足系统传动和运动的进度要求，减少各构件间配合传动误差。为满足这些要求，选择的齿轮应具有足够的强度、硬度和制造精度。
3机械手手臂平衡机构设计
下料机械手手臂平衡机构的设计应充分考虑对驱动器负载及系统对各种控制命令的相应速度的影响。在实际生产中，多采用弹簧式平衡机构，发挥其结构简单、便于维修、平衡效果良好的的特点实现整个系统平衡运动的效果，采取弹簧式平衡机构能有效优化平衡效果。
4结语
总之，随着现代机械行业向全自动化、高生产效率的方向发展，数控机床上以人工装填工件的生产模式已经越来越难以满足生产需求，结合机床特点和具体工作内容，设计满足工作要求的下料机械手机构投入生产，提高生产效益势在必行。机械手结构设计的关键在于优化设计基本构件、传动机构、平衡机构、连接机构等的基础上实现整个系统的平衡于东，调整布局形式和配合方式，以提高下料机械手具体操作的精度，降低控制难度，提高各机构的响应速度，严格控制机械手的影响因素，实现机械手工作效率最大化的目的，促进数控机床生产效率和质量。
参考文献
[1]黄鸣.PLC数控机床上料机械手控制系统设计[J].长春工业大学学报，2017，38（05）：506-511.
[2]史桂福.数控机床上下料机械手的机械结构设计[J].中国设备工程，2017（15）：161-162.
[3]丁文晖.永宏PLC在数控机床上下料机械手上的应用[J].智慧工厂，2017（02）：61-64.
[4]吕鹏飞.浅议数控机床上下料机械手的机械结构设计[J].机电信息，2013（21）：140-141.
作者简介
张朝宇（1989年8月）男；民族：汉族；湖南省郴州市。单位：广东美的制冷设备有限公司。研究方向：自动化机械结构设计。