桁架机械手在数控机床中的应用

桁架机械手在数控机床中的应用

邹子豪 ,  ,潘高峰

一拖（洛阳）汇德工装有限公司     河南洛阳    471000

摘要：桁架机械手因其在操作简单、物料输送便捷、过程可控等方面的优势，而实现了广泛的应用，为发挥其在数据机床工作中的最大应用价值，有必要分析桁架机械手的基本特征，结合数控机床的真实所需，选定桁架机械手规格，预设应用方案，实现桁架机械手、数控机床的有效结合，有效提升数控机床的生产效率。文章就桁架机械手特征分析、桁架机械手在数控机床中的应用途径进行了论述与分析。

关键词：桁架机械手；数控机床；应用途径

引言：研究桁架机械手在数控机床中的应用途径，需结合数控机床程序设定桁架机械手应用流程，以此来实现桁架机械手的自动控制、多自由度、可重复编程的自动化操作，做好数据机床加工的辅助工作，比如应用于汽车零配件的变速箱体、曲轴、缸盖、缸体等的机械加工中，提升加工质量、效率，为企业创造更大的经济效益。

1.桁架机械手特征分析

1.1定义

桁架机械手包括三个部分：控制系统、驱动系统、主体部分，其中主体部分一般用的是龙门式结构，组成部分包括：基座、过渡连接板、立柱、十字滑座、z向滑枕、y向导轨和横梁等，其中z向直线运动基本上都是交流伺服电动机借助z向滑枕、y向横梁的齿条、蜗轮减速器驱动齿轮进行滚动，直接驱动移动部件沿着导轨运动；而移动部件作为比较轻的z向滑枕、十字滑座，滑枕多是由铝合金制作而成，横梁多是由方钢型材制作而成，且横梁上布置由齿条、导轨，借助滚轮与导轨接触，让机械手的整体部分皆悬挂其上。

1.2特点

特点主要集中在以下数点：①应用桁架机械手，一定程度上提升了数控机床操作人员的生产安全性、优化了其劳动条件，并具备高精度、高效率、高可靠性等特征，自动化程度、生产效率显著提升。②桁架机械手有着驱动方式多样、结构简单，同时具备机械式、电动式、气动式、液压式等模式，能满足各个工厂数据机床工作的个性化需求。③性价比高，对比同关节机器人来说，桁架机器人制作成本低、承载能力强，适用于数据机床的现代化升级所需。④操作简单。以直接坐标体系为基础，让其作用于数据机床中，涉及的各项参数都比较简单，利于后续研究分析。⑤适应性强。可在比较恶劣的环境下工作，维修方便、寿命长，利于成本压缩。

2.桁架机械手在数控机床中的应用途径

桁架机械手在数控机床中进行广范围的应用，具备较大的便利性、安全性。通过PLC可编程逻辑控制器协调整个控制过程，再由各种形式的气缸、液压缸配合完成动作处理，将桁架机械手上下料轨道上的待加工工件直接转移到机床内，完成加工后从机床取出。

2.1确定桁架机械手产品参数

需根据数控机床的真实所需来选择对应规格的桁架机械手，如此才可发挥出桁架机械手在数据机床工作中的最大价值，当前应用比较广泛的桁架机械手包括SMT2-L5、SMT3-L10两种类型，其具体参数如下表1所示，应根据实际所需选取。

表1 桁架机械手指标参数表

2.2工件输送

桁架机械手在数控机床中进行工件输送时，可结合实际情况选择提升输送、倾斜输送、水平输送等方式，其中提升输送不会占据过多空间，多用于输送圆柱类小型零件；倾斜输送能够结合数控机床摆放位置、待加工工件特征等调节倾斜方向、角度，借助带花纹的水平挡板或者传输带，提升传输带对待加工工件的抓力，避免工件在数控机床上加工时出现甩脱、滑散，确保加工轨迹的准确性；水平输送适用范围广，可灵活选择输送形式、输送速度等，并能以桁架机械手预防加工中可能出现的失误、缺漏等。在通过PCL程序设计桁架机械手应用流程时，若是待加工工件对方向有所要求时，编辑PLC程序需思考控制工件的转向定位与可靠性，若是定位不准，可选择重新定位1-2次，以此来避免数控机床在循环利用时因工件输送定位的偶然出错而直接停止工作。

2.3桁架机械手取料

在待加工工件输送到指定位置后，桁架式机械手负责将其输送到数控机床内，将即将加工完的工件从机床中取出，放置于最初上料处，此时具体的动作包括：爪开合→升降运动→左右移动，由汽缸驱动手爪开合过程，由伺服电机驱动升降运动动作、左右移动动作。在工件抓取时，设定好工件、手抓间的角度、位置关系，调整好手抓上台面、基准面，确保基准面贴合，以此来避免形成较大的角度误差；最后平移料台或者手抓台，降低位置误差。

2.4卡盘上下料

卡盘上下料是桁架机械手在数控机床中应用的关键过程，在进行卡盘上下料时，数控机床、机械手需做好各项辅助配合工作，保障两者稳妥可靠、同步协调；且需关注的是，储料位置与上下料道和工作主机之间相对位置，影响着工件在上、下料时空间所处的姿势与位置，且决定着机械臂的坐标形式，故而需设定好相对位置，保障上下料平稳推进。

2.5桁架机械手送料

在完成卡盘上下料后，桁架机械手需将加工完的工件直接运输到送料槽，需保证送料环节优先级高于取料环节、卡盘上下料环节，而取料环节优先级则需高于卡盘上下料环节，在操作程序中注明，如此才能保障在上下料的整个循环进程中不会出现有料抓手再次重复抓料。且需关注的是，上料、下料为完整循环体系，整个过程必须从上料等待位开启，在上料后再下料，下料后回归上料等待位，再执行下一个循环，若是再中途因各种因素而出现误操作或者中间断电，可点击“回复初位”重新工作，在遇到紧急状况时点击“急停”按钮，避免事故问题的持续严重化

2.6输送到下一工序

通过桁架机械手将完成加工的工件运输到料仓，再借助输送带等设备将已经完工的工件输送到下一工序，以此来保证数控机床工作的持续性。在零件完成加工后，通过桁架机械手取下零件，运输到运输料盘上方，再将零件存放到运输料盘另一侧，再将工件输送到成品区，实现工作循环，该过程桁架机械手运动用时最快可达6s（该过程不包括桁架机械手零件加工时间），若是电机转速设定为1000r/min，机械手运动用时为18s，确保整个数据机床工作的稳定展开。

2.7精选伺服电机

精选伺服电机，需关注以下要点：①原因分析。考虑到桁架机械手在工作时加速度大、运送速度快、加减速度短的应用特点，在输送比较重的工件时，会产生比较大的惯性，故而要求桁架机械手所用伺服电机应具备相应的制动、驱动能力，且支撑元件本身的强度、刚度也需满足使用所需，如此才可确保伺服电机满足桁架机械手工作时高精度、高刚度、高呼应要求。②选择方法。在精选桁架机械手伺服电动机时，需集合物料运动的运转节拍、间隔时间，精准计算出伺服体系的轨道、位移，并实现对驱动器PID参数的动态调整；桁架机械手接收到来自数据机床传递的速度、位移等指令时，会对其进行扩大处理，再传递到对应的运动单元，再通过光纤传感器对机械手工作状况展开实时检测，后续在进行高速转移时，会让运动部件在规定时间段内上升到预设速度标准值，且可在高速运动状态做到瞬间准停，再由高分辨率肯定式编码器进行插补运算，降低测量误差、机械误差带来的负面影响；又因被运送工件类型不一、质量不同，故而在应用桁架机械手时需设定一一对应的标准，挑选伺服电机时还应结合工件质量、加工节拍等因素选取，而机械手手臂装设方式、夹持方法等，可结合被运输工件的结构、形状与机床夹具装夹方法进行规划，以此来达到更好的使用效果。

结语：综上，在数控机床生产工作中通过桁架机械手取代机器人传送装置，在进一步简化工件输送流程的同时，提升了生产线结构的紧凑性，且自动化程度、生产效率大大提升，且在相关实践中证实桁架机械手从生产制造、经济角度有着更大的优势，且经济实用、操作简单，能够为企业创造更大的经济效益。

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