机床桁架机械手结构分析

机床桁架机械手结构分析

摘要：本文剖析了当前桁架机械手的主要结构，及各自的优缺点。介绍了我公司自动化方面的发展现状。预测自动化设备的发展趋势。

关键词：桁架机械手；自动上下料；自动化连线

近几年来，随着国内劳动力成本的逐年提高，机床市场对自动化的需求越来越高，尤其在以加工中小产品为主的密集型行业，应用更为广泛。特别是对于单一品种，结构简单，大批量的零件优势更为明显。可以节约大量成本，并且显著提高生产效率。

1.结构简介

机床上使用的桁架机械手对其可靠性，效率等要求较高。桁架机械手主要由立柱部件，横梁部件，驱动部件，直线运动部件，润滑部件，控制部件等部分组成。

1.1 立柱组件

立柱主要是为整个桁架提供支撑，保证桁架在工作期间不发生震动和噪音，对于单机自动化通常采用双立柱支撑，对于微小型工件或者空间有限的场合也有才有单立柱支撑的。对于多机连线通常采用2N-1个立柱的方式。立柱大多采用钢结构，也有个别采用铝合金型材的应用。

1.2 横梁组件

横梁是整个桁架系统传输工件的通道，一般采用钢结构和铝合金型材制作而成，对于中小规格的零件采用铝合金型材作为立柱的较多。对于大型，中型零件的自动上下料往往采用钢结构。钢结构横梁刚性好，价格，加工与使用门槛较低。铝合金横梁近几年在桁架方面应用越来越广泛，它具有质量轻，刚性较好。外观佳等优点。适用于大批量生产。但价格较高是制约其发展的主要因素。

1.3 驱动部件（图1）

桁架驱动部件通常采用伺服电机+齿轮齿条或者同步带的结构。由于目前主流桁架的速度在60-180m/min左右，传统的丝杠很难满足要求。目前绝大多数厂家采用伺服电机+齿轮齿条的方式。传动精度较高，通常可以达到0.05mm的定位精度。对于精度要求不太高的场合也有使用伺服电机+同步带的结构。同步带结构适合于中小型零件的自动上下料。具有结构简单，噪音低，维护方便等优点。定位精度可达到0.08mm。但存在皮带突然断裂的安全隐患。

桁架通常采用直线导轨或者V型引导系统。当直线导轨作为120m/min以上

的高速桁架使用时，存在滑块密封端盖脱落的风险。因此在高速桁架领域近年来出现了一种V型引导系统来代替传统的直线导轨。新推出的V型引导系统较直线导轨有很大的优势。主要有一下几个方面

（1）可以实现很高的线速度。它采用V型滚轮+V型导轨的方式传动，V 型滚轮在V型导轨上滚动，很容易实现高速传动，速度可达到600M/min。

（2）有很强的抗污染能力。V型轮中间的轴承在传动时不与导轨面直接接触。很好的防止污物进入滚动体。并且V型轮在传动时会对V型导轨进行刮擦起到除尘的作用。

（3）降低装配难度，V型引导系统通常采用4组V型轮，相当于4个滑块，V型轮与V型导轨的接触相当于一个滚珠与直线导轨的接触。这样就大大降低了对安装基准面的要求。对与长行程的场合尤其适合。

（4）维护成本低。在使用过程中V型轮如果损坏可以单独更换，不需要拆卸导轨，省时省力。并且预紧力可以随时按需要调整。始终保证桁架平稳运行。

这种新式结构在日本，韩国等应用较广泛。在国内几个主要机器人生产厂例如，巨能，金石，新松等也有应用。

1.5 润滑部件

桁架机械手一般行程都比较长，而且速度较高。采用稀油润滑效果差，而且对环境污染大。通常都采用油脂润滑或者480号高粘度润滑油。用自动润滑泵定期对导轨进行润滑。

1.6 控制部件

桁架机械手成败关键在于可靠性。为提高零部件的可靠性，降低故障率，电气元件通常采用航空插头的方式对接。这样可以避免焊接质量对可靠性的影响。同时，系统还要过载保护，极限开关，零点开关，回零减速开关等安全措施。

2.桁架机械手在我公司的现状与发展方向

国内各大机床厂商已经意识到自动化连线的重要性。纷纷加大在这方面的开发力度。对于机床厂家来说开发桁架机械手并不困难。关键是可靠性高和故障率低。这样的产品才会得到市场的认可。

目前国内开发的桁架机械手大多是两轴或者三轴产品。主要集中在中低转速。未来随着自动化程度的不断提高。高速，多轴联动机械手必将在国内普及。

参考文献：

[1]机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京机械工业出版社，2009

[2]机床设计手册编写组.机床设计手册：第二册北京机械工业出版社，1979

[3]马先贵编.润滑与密封.北京.机械工业出版社，1985