龚小俊

(马钢股份公司冷轧总厂 安徽马鞍山 243000)

在智能制造的大背景下，自动化生产方式已成为未来制造业发展的重大趋势，也是加快发展方式转变，促进工业向中高端迈进、建设制造强国的重要举措。车间原是利用叉车运输车轮毛坯到达下序加工点，此方式占用人工和设备，效率受限于人力效率，并且增加人工成本及安全风险。

本文中的装出料机械手可全程自动识别并准确运输车轮毛坯到设定位置，减少人力物力成本。本文利用SolidWorks对不同工况的运动过程及各工况的极限状态干涉情况进行分析，并依据分析结果进行结构优化设计，避免了实际加工过程中的返工，保证了设计的可靠性。

1 三维建模和虚拟装配

利用solidworks进行装出料机械手各个零部件的三维建模和虚拟装配。机械手三维装配图如图1所示，由于不对夹钳和底座进行分析，所以对夹钳与底座进行了简化[1]，分析干涉时不予考虑。

图1 装出料机械手机构结构简图和三维装配图

2 干涉分析

SolidWorks中可以对整个装配体或在装配体中选定的零部件之间进行静态的干涉检查，也可以对装配体进行动态干涉检查[2]。本文选用动态干涉检查方法对机械手不同工况下的干涉情况进行分析。

2.1 垂直运动干涉分析

机械手垂直运动干涉主要分析伸缩油缸在初始位置和极限位置两种状态下，升降油缸从初始位置运动至极限位置过程中的干涉情况。

通过设置软件分别对上述两种状态下，升降油缸从初始位置运动至极限位置过程进行干涉检查，共发现21处存在干涉现象，如表1所示，具体干涉位置如图2所示。

表1 干涉零件及位置

图2 升降油缸与主连杆和主横梁干涉位置

2.2 夹钳水平运动时干涉分析

机械手水平运动干涉主要分析升降油缸在初始位置和极限位置两种状态下，伸缩油缸从初始位置运动至极限位置过程中的干涉情况。

通过设置软件分别对上述两种状态下，伸缩油缸从初始位置运动至极限位置过程进行干涉检查，共发现12处存在干涉现象，如表2所示，其中第3项主连杆底板与升降油缸干涉同2.1垂直运动干涉分析中第1项干涉情况相同。具体干涉位置如图3所示。

表2 干涉零件及位置

图3 主连杆与主横梁和主推杆座位置干涉位置

3 优化设计

根据上述干涉检查分析可知，要满足机械手运行行程要求，必须对一些零件结构进行优化设计以避免干涉[3]、[4]。

3.1 主连杆优化设计

主连杆在机械手水平伸缩、垂直升降过程中与主横梁、升降油缸、推杆等存在多处干涉问题，根据前文分析结合实际情况需对主连杆底座、侧板进行优化设计。将主连杆两底座由原来距离482 mm改为402 mm，目的是使主连杆底座能进入主横梁中间槽内，消除干涉；将两主连杆侧筋板的长由160 mm优化为80 mm，消除与主推杆的干涉；将主连杆侧板开档高度由50 mm优化为120 mm，尺寸205 mm优化为165 mm，尺寸350 mm优化为270 mm，消除与伸缩油缸、主横梁侧板的干涉；主连杆底板两侧添加30°×25 mm的倒角，消除与升降油缸接头的干涉。优化前后主连杆、底板如图4所示。

图4 主连杆优化前后三维图

3.2 主横梁优化设计

主横梁在机械手水平伸缩、垂直升降过程中与主连杆、升降油缸等存在多处干涉问题，需要对主横梁进行优化设计，根据前文分析结合实际情况需对主横梁底板、筋板及筋板间距进行优化设计。将底板进行尺寸150 mm优化为100 mm，尺寸390 mm优化为340 mm，消除与升降油缸的干涉。将主横梁底板位置由945 mm优化为900 mm，筋板尺寸由404×203×10 mm优化为404×237×10 mm，两筋板间的距离由300 mm优化为250 mm，相当于将右边筋板左移50 mm，消除与主连杆的干涉，如图5所示。

图5 主横梁优化示设计意图

4 结论

通过对机械手运动过程干涉情况分析，发现主连杆、升降油缸、主横梁、伸缩油缸等零部件在工作行程中出现干涉，不能满足水平行程2200mm、垂直升降行程700mm的要求。针对文中干涉情况对相关零部件进行了局部结构优化设计，保证了机械手的行程要求，有效避免了实际制造过程中因干涉带来的问题，缩短了工期，节约了成本。