三工位气动机械手设计.docx

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三工位气动机械手设计

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钱正华

[摘??要]针对凸轮片淬火机床上料机械手抓取效率低、定位精度差等问题，文章设计了一种三工位气动机械手，抓取时夹紧凸轮片内径，利用一套柔性定位装置，实现凸轮片的精确定位，通过将三套夹具集装在一个悬臂上，实现凸轮片的高效抓取。

[关键词]凸轮片;机械手;三工位;气动;柔性

[中图分类号]TS203[文献标志码]A[文章编号]2095–6487（2021）06–00–02

[Abstract]Aimingattheproblemsoflowgraspingefficiencyandpoorpositioningaccuracyofthefeedingmanipulatorofthecampiecequenchingmachinetool，thispaperdesignsathree-stationpneumaticmanipulator，whichclampstheinnerdiameterofthecampieceduringgrasping，andusesasetofflexiblepositioningdevicetorealizethecamTheprecisepositioningofthecamscanbeachievedbyintegratingthreesetsoffixturesonacantilevertoachieveefficientgraspingofthecams.

[Keywords]campiece;manipulator;three-station;pneumatic;flexibility

随着科学技术的发展以及人们对于产品品质的更高追求，制造自动化已经成为企业提高产品质量、参与国际市场竞争的必要条件，是制造业发展的必然趋势[1]。机械手广泛应用于工业自动化生产线中物料的抓取和投放，使用合适的机械手不仅可以提高加工精度，提高生产效率，而且还可以减轻劳动强度。

目前，凸轮片淬火机床普遍使用单工位机械手，该机械手对工件定位要求高，用在自动化生产线中需要人工干预的概率高。随着用工成本的增加和竞争的加剧，各企业对生产成本和加工效率要求也随之提高，因此设计一套高效、高精度的机械手就迫在眉睫。本文设计的三工位气动机械手不仅可以保证抓取上料精度，减少人工干预概率，而且抓取效率亦比用单工位机械手提高了3倍。

1三工位气动机械手的设计方案

凸轮片厚度12～16mm外形如图1所示，可以看出，不同种类的凸轮片外形轮廓差异较大，但内孔形状和尺寸基本相同。气动机械手形式多样，而气动手指是目前气动机械手在抓取技术中应用最普遍的方式之一[2]，因此可通过内撑式气动手指抓取凸轮片内径。

本机械手的主要任务是将自动输送过来的三件“等间距”、非精确定位工件抓走，由于输送过来的工件只通过挡板简单定向，凸轮处并不区分前后，对于工件2和4，三件工件内圆的中心的间距并不完全等距，需要机械手有一定的行程，既能保证三工位机械手同时伸入凸轮内径，又能夹紧凸轮片，保证同时抓取三件工件。

凸轮片淬火前，工件为锻造件，内孔有一定锥度，且尺寸上下制造公差较大，达到±0.4mm，但淬火机床要求机械手抓取的工件必须等距且不得有倾斜，考虑到机械手适用的凸轮片厚度不同，因此机械手需设置柔性定位装置。

2机械手结构及主要参数的确定

2.1机械手的结构

为满足设计要求，特采用一种三工位气动式定位抓取机械手，其结构如图2所示，机械手由手部、手指和夹紧气缸、柔性定位装置、连接件、底板等组成。

机械手的手部采用硬质合金材料制成的手指安装在三爪夹紧气缸的3个滑台上，在夹紧气缸夹持力作用下夹紧凸轮片的内径，手指与内孔的接触处需滚花处理，增加摩擦力。由于内孔有概率会有一定斜度，普通机械手抓取时，凸轮片会出现“歪斜”现象。因此，采用定位环压紧凸轮片，为适应不同厚度工件并保证压紧力，在定位环安装轴上用弹簧预紧，组成柔性定位装置。三套机械手通过底板等间距的集装在一起组成三工位，可同时抓取三件工件。连接件用于将整套装置与其他运动机构连接，完成上下料动作。

2.2主要参数的确定

（1）预紧力的确定。弹簧预紧设计长度x=2mm，弹簧系数K=1.6N/mm，则：

F0=Kx=1.6×2=3.2N（1）

（2）夹持力的计算。夹持时，手指数为3，工作时常规搬运冲击，工件最大重0.9N，夹持时定位环稍微压紧工件，保证定位环与螺钉头处产生微小间隙，此时工件受力如图3所示，手指夹持力为：

式（2）中，F为夹持力（N）;α为余裕率，a=4;G为工件重量（N）