李龙平

摘 要 桁架机械手与机床是构成自动加工生产线的主要设备，可实现全部工艺过程中的工件自动抓取、上下料、装卡、工件移位翻转、工件转序加工等操作。不仅大幅提高了生产效率，而且也极大减少了人工成本，非常适合大批量、小型零部件的加工。

关键词 桁架机械手;机加工;生产线

1机械手与手臂

1.1 机械手具有的特性

在自动线加工系统中最常见的一种输送设施就是机械手。分析机械手的结构与用途，将其归为工业机器人的范围。与工业机器人相比，桁架机械手给人的最初印象显得不是那么华丽，智能化也略逊一筹。其实，机器人前面加有“工业”二字，说明二者实际上并无明显差异。不管是多关节的机械手，还是带有三个坐标的机械手实质上都属于机械手。就金属加工机床领域，机械手与工业机器人属于机床的常用辅助设备，主要用于搬运与输送。因此，对于主机性能来说，二者的功效是无差异的，均属于主机开展自动化操作的组件。

工件与刀具对机床的加工性能会产生一定的影响。机械手的作用是搬运，不会直接参与到零件加工环节。机床主机选用哪种机械手需要考虑到多种因素，包括机床的加工形式，被加工零件的大小、形状、重量特性以及储料、搬运空间等。就桁架机械手而言，具有结构简单、搬运迅速、可靠、精准等优点，多用于直线形式的搬运。同时，由于具有柔性输送的优势，多用于长距离变步距的物料运输，而且组合便捷。柔性输送是相对于刚性输送的，后者属于传统自动加工线上的定步距输送模式。

1.2 桁架机械手的结构与工作原理

驱动系统、控制系统、主体是构成桁架机械手的主要组成部分。根据结构分类主要有两种，包括顺着二维直角坐标系移动的机械手，直角坐标型机械手。其中，龙门式结构属于其主体，主要构成部分除了y向横梁与导轨、z向滑枕外，还包括十字滑座、过渡连接板、基座、立柱等。交流伺服电机向z向直线运动提供动能，通过涡轮减速器实现对y向横梁与齿轮的驱动作用。同时，z向滑枕上的齿条在伺服电机的作用下开始滚动，相关移动部件在导轨上快速运行。对于移动部件来说，要求质量要轻，一般是z向滑枕与十字滑座，滑枕材质为铝合金。横梁材质为方钢型材，在其上面配有齿条与导轨，利用滚轮与导轨接触，而机械手就悬挂在上面（见图1）。

1.3 手臂

在设计桁架机械手的手臂时需要研究手臂的载荷大小，能够实现快速运动，在机构层面也能有较好的承受力。机床桁架上的机械手通常是直线运动，因此，在设计手臂的过程中通常会采用气缸驱动手臂的方式，尽量选择直径大一点的气缸可增强手臂的整体强度[1]。

1.4 驱动系统

①气动驱动方式：主要利用电磁阀对机械手进行控制，借助气流调节阀完成对机械手运动速度的调控。这种驱动方式成本低廉，因为获得气体比较容易。②电动驱动方式：此种驱动方式在机床桁架机械手设计中经常会用到，由于机床会用电，驱动系统只是利用电机就可控制速度。

2桁架机械手在柔性加工自动线上的应用

2.1 桁架机械手自动线输送装置的发展现状

最初的自动线采用的是刚性加工自动线，其主要组成部分包括摆杆、升降步、棘轮棘爪、机动滚道等。伴随加工中心机床的不斷发展，柔性加工自动生产线形成，它是由机床构成的自动生产线，并非过往的传统自动生产线（组合机床组成）。配置有桁架机械手的自动管路，再结合机床配置可随意改变输送机的距离。传统的刚性输送模式是机床间的安装位置以及机床运行需根据输送步距或步距倍数来严格安装，柔性输送模式则没有上述要求，传输速度也可参照生产节拍与输送机的距离进行调整。柔性运输模式的一个优点在于当加工零件的产品有了变化后，只需对输送机程序及机械手的局部结构进行调整即可，无需对输送零件作任何调整。桁架机械手比较先进的一点在于实现了自动加工线的自动化与智能化。近年来这种机械手在柔性加工自动生产线领域得到了广泛的应用，借助信息流系统就能对整个生产过程进行控制。在加工与运输工件的时候，计算机与其他控制设备根据获得的相关信息负责对机器或运输设备进行控制。信息流系统的组成部分包括中央管理计算机、物流控制计算机、单元控制计算机、数控机床和信息传输网络。

2.2 国内外在桁架机械手方面的差距

近年来中国机床行业发展迅速，相关技术工艺有了明显的进步。部分机床生产制造水平与西方基本无差异。但在柔性加工自动线技术方面，我国与国外仍存在一定的差距。在国外桁架机械手多用于柔性加工自动线上，但国内却较少。目前，我国汽车生产企业所用的桁架机械手柔性加工自动线一般都是从外国引进的。究其原因主要是国产的桁架机械手的技术水平仍与外国存在不小的差距。最初大连机床集团生产的柔性加工自动线所使用桁架机械手也是进口的，那时国内无一家生产桁架机械手的企业。今天国内也出现了一些生产桁架机械手的企业，为国产柔性加工自动线带来了一些希望。桁架机械手属于柔性加工自动线中的核心构件，需完成多个、单独动作，需要尽快突破一些关键技术问题。

总之，随着制造产业的转型升级发展，自动加工生产线的应用也越来越多。在此过程中桁架机械手会发挥出积极的作用。相信在不久的将来国内桁架机械手的生产制造水平也会有重大突破，国内企业攻克了相关技术难题，带动国产柔性加工自动线迈上新的发展台阶。

参考文献

[1] 周昱晗.桁架机械手自动加工生产线上的应用[J].科学与财富，2015，22（10）：196-197.