【摘要】本文介绍了轿车变速箱齿轮加工桁架物流机械手机械结构设计及电气布线等方面常见问题，并提出解决方法，希望为初涉该领域的设计师带来帮助。
   
      一、引言
   
    近年来，我国城镇居民收入稳步提升，汽车消费能力日渐增强，带动了我国汽车工业的快速发展。随着市场需求增大以及劳动成本大幅上升，传统的半自动轿车变速箱齿轮生产线已不能满足市场需求，轿车变速箱齿轮制造技术正朝着敏捷柔性生产线方向发展。新生产线的柔性需求以及老生产线改造升级使桁架物流机械手市场需求快速增长，国内设备厂家陆续进入该领域，但因桁架物流机械手通常属非标自动化设备，需根据用户要求量身设计，对于初进入该行业的设计师，不能较好把握设计要点，容易导致设计的产品无法满足使用要求。本文以国内某机床厂生产的轿车变速箱齿轮加工自动化线为例介绍轿车变速箱齿轮加工桁架物流机械手设计常见问题及其解决方法。'

     二、齿轮加工桁架物流机械手典型结构

     桁架物流机械手是轿车变速箱齿轮加工自动生产线物流运输的主要组成部分，其主体部分由1-轴电机，2-Y梁，3-X轴电机，4-空架线槽，5-电柜，6-冷却空调，7-X梁，8-旋转气爪，9-载板，10-齿条，11-滑轨，12-立柱、电控系统、润滑系统等组成，如图1所示。X梁和立柱采用方钢，Y梁采用铝合金型钢，载板由铝合金厚板加工而成。Y梁与载板之间通过导轨滑块连接，载板上沿竖直方向安有齿条，由交流伺服电机通过蜗轮减速器驱动齿轮实现Y梁上下移动；载板与X梁之间也是通过导轨滑块连接，X梁上沿水平方向安有齿条，由交流伺服电机通过蜗轮减速器驱动齿轮实现Y梁左右移动。

      1-Y电机 2-Y梁 3-X电机 4-空架线槽 5-电柜 6-冷却空调 7-X梁 8-旋转气爪 9-载板 10-齿条 11-滑轨 12-立柱
                                图1 某轿车变速箱齿轮加工线桁架物流机械手

     三、设计中常见问题及其解决方法

     1、本项目齿轮自动加工线的机床和桁架物流机械手采取地脚螺栓固定，在运行过程中因机床振动，机床和桁架会发生相对位移，影响桁架物流手取件、放件精度，从而导致工件传输错误。建议采用桁架X梁直接与机床直接刚性连接来避免这一问题，同时在二者连接接口设置条形孔，以便于桁架前后位置调节。

     2、桁架有多个机械手协同工作时，应考虑防碰撞措施。主流做法是相邻两机械手之间设交换料道，相邻机械手在料到上取放料时间错开。交换料道行程不宜过长，只要能满足换料功能即可，过长的料道会增加自动线占用空间和输送时间。

      3、因调试需要，示教器通常连接较长线缆，因线缆大多有油污，调试结束后操作人员不愿收线整理，即便整理也是简单的盘起挂在机床床身的挂钩上。线缆拖行易产生安全隐患，并有损车间整洁美观。针对以上问题，这里提出三种解决方案：（1）示教器若可实现热拔插，则在桁架方向设多个热插点，调试找正时随调随插；（2）沿桁架X方向设导电
导轨，示教器只需连接很短一段线缆即可到达较远距离；（3）采用平衡器收线。
 
     4、设备运行中安全为第一位，需充分考虑运限位保护、夹空保护和过载保护。
 
     5、电器元件使用寿命受温度影响较大，电控柜尽量采用专用空调降温，尤其在南方高温地区，不建议采用风扇降温。
 
     6、桁架X梁需设计成上下前后可调，便于安装调试，可采用调节螺栓来实现X、Y方向调节。
 
     7、因齿轮加工线整体性及紧凑性要求，在某些部位通常留给桁架机械手的空间非常有限，此些部位设计要注意避免干涉，如为避免X轴电机与机床外壳发生干涉，可采用直角减速器；为避免拖链转弯处的凸起与机床干涉，应合理选取拖链转弯处朝向，以及出线方向。
 
     8、气爪与Y梁之间连接应设有调节机构，气爪可沿Y轴方面微调，通常设调节范5mm-15mm。
 
     9、机械手指由碳钢加工而成，三个一组并做好分组标记，以便于安装时候按标记查找所需尺寸的手指。三个手指分别装有垫块，当工件尺寸小范围内调整时，可不更换手指，只更换垫块即可。
 
     10、线缆铺设和电控柜是影响设备外观的重要因素，好的设备不仅应性能优良，在外观方面更应让人眼前为之一亮。也许我们从运维角度讲更希望下走线，从美观方面来考虑，上走线已是不可逆转的趋势了。电控柜位置布置既要考虑布线方便，又要考虑生产线整体协调。电柜应选取钣金、喷塑美观，大小适中，并满足密闭要求和尺寸要求。
 

     11、为便于气爪取放工件，交换料道对齿轮通常采取内孔定位，即通过金属棒穿入齿轮内孔来定位。设计时，定位金属棒顶端应设倒角，便于工件顺利导入，定位金属棒长度通常略小于齿宽，以避免与气爪产生干涉。

     12、剃齿工位剃齿油较多，右侧气爪到交换料道取工件时会将剃齿油回带，所以在交换料道下方需设计接油槽，接油槽右端应延伸至剃齿机下方，并设有回油管路。

     13、某些轴承有大小端之分，轴承抓取方向又分为从上往下抓取和从侧面抓取，所以设计时要根据工艺要求选择气爪朝向和设计爪指的尺寸。另外还要依据从齿轮内孔还是外缘抓取来设计气爪手指结构。
 
     14、根据工艺要求，自动物流线需考虑抽检环节，通常分为随机抽检和定量抽检。抽检台可利用交换料道，也可另设。

     四、结语
 

     智能装备的设计水平和制造能力代表了一个国家的科技水平，是一个国家制造业发达程度和国家综合实力的集中体现。面对不断攀升的人力成本与日益加剧的行业竞争，制造企业纷纷着手提高生产线自动化程度，随着市场的巨大需求，将有越来越多的资金和人才涌入智能装备行业。本文仅介绍了桁架机械手设计的一些常见问题，希望能为初涉该领域的工程师提供参考。