机械手借鉴了人的手臂，通过结构的固定、编程，使其可以实现抓取、摆动，在工业化生产制造过程中被广泛应用。机械手基于结构的衔接而运行，并基于系统的控制而实现具体作业，最早的机械手结构设计能够支撑一定强度的劳动，可以代替人工在生产线作业中的地位。基于自动化技术的发展，将系统与自动化系统进行有效结合，其结构精度、结构稳定性均得到了有效的提高，可实现对机械手结构的科学控制。
1数控机床上下料机械手发展意义
首先，上下料机械手是数控机床科学化、模块化和可重构化项目发展的前提条件，能够对数据进行有效的分析和进行综合处理。其次，数控机床上下料机械手是一种现代化的操作手段，它主要是PC机开放型控制器的运维方向，可以有效的提高机床整体的操作效率和水平。同时，它具有较强的集成性，能够加强系统安全性能的管理和控制，从而达到最优效果。另外，可以对数据进行整合，实现机床的网络化和标准化控制。最后，数控机床上下料机械手设备中的传感器在整体设备中发挥着重要的作用，使得相对应的速度参数得到了不断的优化，而在焊接和装配方向能够实现集中处理和综合管理控制，更加提升了设备的仿真效果和动态运行的优化。
2机械手的概述
机械手主要是以人手臂为原型，然后通过编程设置机械手的固定动作，机械手在施工期间能通过各个零部件间的配合实现抓取、搬运等动作，是一种能进行自动化操作的设备。早期的机器人多为机械手机器人，机械手的研发，能让人从繁重的劳动中解放出来，特别是在生产强度较高的情况下，机械手不但能实现自动化生产，也能在较大程度上让工作人员的安全得以保障。使用机械手不仅提高生产能力，还能发展生产自动化，也可以保障工作期间人员安全，所以机械手在各个领域内都能得到切实的应用。根据当前的状况获悉，使用PLC或者继电器控制，能让机械手的控制方式得以强化。现在继电控制由于故障率偏大，所以消耗的功率也很大，在控制方式略显死板的情况下，传统的继电器控制方式已经被淘汰；目前只能推行优势化控制，微机控制使用的比较多，这就使整个控制出现抗干扰能力差的局面，后期维修困难，所以采用PLC控制的多为高新技术或者电子行业。PLC控制多是以PLC为依托，将计算机、自动控制和通信技术三者融为一体。由于自动控制系统之间要相互通用，所以结构就偏于简单，编程过程也耗时较短，这就体现出PLC的优势，能保证性能的良好和可靠，同时由于抗干扰能力较强，所以维修方便和快捷，这样的机械手操作最具效果。
3数控机床机械手结构设计分析
3.1下料手腕结构设计
对于手臂和手爪来说，下料手腕结构是实现两者连接的重要部分，也是机械手特定动作的最末端，应对手臂进行合理配合、对手抓进行有效控制，使特定工作得以最终完成。手腕是连接的部件，不但要求其符合工作的具体要求，还要遵循结构紧凑、体积领条等设计基本原则。手腕活动自由度一般由实际机械手工作内容来决定。通常来讲，自由度数能够决定机械手手腕运动型和灵活性，若提高自由度数，那么便能提高手腕灵活性，可以选取的搬运行为变的更多，不过提高自由度会让腕部结构变得复杂化，制造成本、设计成本将大大增加。要想让机械臂在工作过程中传递不同力以及传递的连贯性得到保证，应让结构连接有一定的刚度和强度。要想增加运动时的精度，需要最大限度地将手腕不同关节连接复杂度降低，对构件所具有的刚度特性进行有效利用，设置结构运动的纤维，使机械手由于运动超限给工作人员带来的人身伤害与机械手给自身带来的损坏情况得到预防。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆经过分析、考察多种具体机床设计的机械手结构，使下料手腕结构工作的安全性和精确度得到保证，应按照结构紧凑、结构简单的设计基本原则，以作用要求得到满足为前提，对三个自由度进行设计，从而让下料手能够对不同工作的复杂需要进行满足。
3.2上下机械手手爪架构的流程设计
数控机床上下料机械手存在多种类型，在实际操作中，必须根据数控机床实际作业和装置情况进行严格选择，针对不同的操作要求，选择与之相适应的机械手。最为常见的机械手包括三种，分别为测量式手抓，搬用式手抓和加工式手抓，这几种机械手存在很多差异，也有自己相应的用途。在机械式手抓设计和使用中必须符合每种样式具体的使用要求，遵循相应的原则进行施工，在符合它运转和作用具体要求下进行合理的设计和开发。为了减少它和万能手抓出现矛盾，必须将设计建立在工业应用基础之上，并将机械手的设计作为整体工作的重点，不断对它的工作职能进行完善和得到充分的发挥。同时，机械手抓架构不仅要有特殊的用途，也要具有其他手抓都具有的特征，从而满足各种机械手的需要。另外，需要安装一个标准的机械接口来配合末端执行器的正常工作，从而实现执行过程的标准化。而搬用式手抓属于夹持装置，它存在多种类型，它主要是用来抓取和搬运物体。加工式手抓属于机械手上的一种附加设备，它的机身存在焊枪和铁刀等工具，它的功能是进行加工作业。在上下料机械手设计时，必须弄清楚它的用途，与实际机床作业内容相结合，充分发挥它的作用，提高工作效率。
3.3机械手手臂平衡机构设计
一般情况下关节式下料机械手平衡机构的主要作用就是最大限度地降低驱动器的负载并提高系统对各种控制命令的响应速度。生产实际中普遍采用弹簧式平衡机构，它具有平衡效果优良、结构简单、制造成本较低、便于拆卸和维修等特点。机械手设计的关键环节就是通过对机械手主要构件、传动机构、连接机构、平衡机构等各机构进行优化设计、调整布局形式与配合方式、使整个系统达到平衡运动的效果，同时弹簧式平衡机构能够针对这一问题进行平衡优化以达到要求。
3.4机械手三维建模过程
第一步：采用以底座为基座的装配顺序。第二步：装配拉锯床上下料机械臂的旋转关节，让机械臂可以进行正反向旋转，以满足拉锯床上下料机械臂在拉锯床上工作时的上下料操作。第三步：装配拉锯床上下料机械臂的动力臂。动力臂是承载拉锯床加工工件主要重量的部分，对舵机和支架的强度要求较高，是整个设计的关键部分之一。第四步：装配是拉锯床上下料机械臂的平衡臂。平衡臂主要在拉锯床上安装调试过程中调节工作的空间时使用。
结语
数控机床在生产线作业中具有重要的作用，对于提高生产效率具有重要影响。机械手作为数控机床的重要组成部分，在操作过程中受到各种外界因素影响，基于结构性的设计优化，可以有效提高机械手的结构稳定性，提高其应用价值，并可以保障数控机床操作的安全性，为数控机床自动、高效运行奠定良好的基础。
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论文作者:贺国建
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/26
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