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     【摘要】本文介紹了轎車變速箱齒輪加工桁架物流機械手機械結構設計及電氣布線等方面常見問題，并提出解決方法，希望為初涉該領域的設計師帶來幫助。
   
      一、引言
   
    近年來，我國城鎮居民收入穩步提升，汽車消費能力日漸增強，帶動了我國汽車工業的快速發展。隨著市場需求增大以及勞動成本大幅上升，傳統的半自動轎車變速箱齒輪生產線已不能滿足市場需求，轎車變速箱齒輪制造技術正朝著敏捷柔性生產線方向發展。新生產線的柔性需求以及老生產線改造升級使桁架物流機械手市場需求快速增長，國內設備廠家陸續進入該領域，但因桁架物流機械手通常屬非標自動化設備，需根據用戶要求量身設計，對于初進入該行業的設計師，不能較好把握設計要點，容易導致設計的產品無法滿足使用要求。本文以國內某機床廠生產的轎車變速箱齒輪加工自動化線為例介紹轎車變速箱齒輪加工桁架物流機械手設計常見問題及其解決方法。'

     二、齒輪加工桁架物流機械手典型結構

     桁架物流機械手是轎車變速箱齒輪加工自動生產線物流運輸的主要組成部分，其主體部分由1-軸電機，2-Y梁，3-X軸電機，4-空架線槽，5-電柜，6-冷卻空調，7-X梁，8-旋轉氣爪，9-載板，10-齒條，11-滑軌，12-立柱、電控系統、潤滑系統等組成，如圖1所示。X梁和立柱采用方鋼，Y梁采用鋁合金型鋼，載板由鋁合金厚板加工而成。Y梁與載板之間通過導軌滑塊連接，載板上沿豎直方向安有齒條，由交流伺服電機通過蝸輪減速器驅動齒輪實現Y梁上下移動；載板與X梁之間也是通過導軌滑塊連接，X梁上沿水平方向安有齒條，由交流伺服電機通過蝸輪減速器驅動齒輪實現Y梁左右移動。

      1-Y電機 2-Y梁 3-X電機 4-空架線槽 5-電柜 6-冷卻空調 7-X梁 8-旋轉氣爪 9-載板 10-齒條 11-滑軌 12-立柱
                                圖1 某轎車變速箱齒輪加工線桁架物流機械手

     三、設計中常見問題及其解決方法

     1、本項目齒輪自動加工線的機床和桁架物流機械手采取地腳螺栓固定，在運行過程中因機床振動，機床和桁架會發生相對位移，影響桁架物流手取件、放件精度，從而導致工件傳輸錯誤。建議采用桁架X梁直接與機床直接剛性連接來避免這一問題，同時在二者連接接口設置條形孔，以便于桁架前后位置調節。

     2、桁架有多個機械手協同工作時，應考慮防碰撞措施。主流做法是相鄰兩機械手之間設交換料道，相鄰機械手在料到上取放料時間錯開。交換料道行程不宜過長，只要能滿足換料功能即可，過長的料道會增加自動線占用空間和輸送時間。

      3、因調試需要，示教器通常連接較長線纜，因線纜大多有油污，調試結束后操作人員不愿收線整理，即便整理也是簡單的盤起掛在機床床身的掛鉤上。線纜拖行易產生安全隱患，并有損車間整潔美觀。針對以上問題，這里提出三種解決方案：（1）示教器若可實現熱拔插，則在桁架方向設多個熱插點，調試找正時隨調隨插；（2）沿桁架X方向設導電
導軌，示教器只需連接很短一段線纜即可到達較遠距離；（3）采用平衡器收線。
 
     4、設備運行中安全為第一位，需充分考慮運限位保護、夾空保護和過載保護。
 
     5、電器元件使用壽命受溫度影響較大，電控柜盡量采用專用空調降溫，尤其在南方高溫地區，不建議采用風扇降溫。
 
     6、桁架X梁需設計成上下前后可調，便于安裝調試，可采用調節螺栓來實現X、Y方向調節。
 
     7、因齒輪加工線整體性及緊湊性要求，在某些部位通常留給桁架機械手的空間非常有限，此些部位設計要注意避免干涉，如為避免X軸電機與機床外殼發生干涉，可采用直角減速器；為避免拖鏈轉彎處的凸起與機床干涉，應合理選取拖鏈轉彎處朝向，以及出線方向。
 
     8、氣爪與Y梁之間連接應設有調節機構，氣爪可沿Y軸方面微調，通常設調節范5mm-15mm。
 
     9、機械手指由碳鋼加工而成，三個一組并做好分組標記，以便于安裝時候按標記查找所需尺寸的手指。三個手指分別裝有墊塊，當工件尺寸小范圍內調整時，可不更換手指，只更換墊塊即可。
 
     10、線纜鋪設和電控柜是影響設備外觀的重要因素，好的設備不僅應性能優良，在外觀方面更應讓人眼前為之一亮。也許我們從運維角度講更希望下走線，從美觀方面來考慮，上走線已是不可逆轉的趨勢了。電控柜位置布置既要考慮布線方便，又要考慮生產線整體協調。電柜應選取鈑金、噴塑美觀，大小適中，并滿足密閉要求和尺寸要求。
 

     11、為便于氣爪取放工件，交換料道對齒輪通常采取內孔定位，即通過金屬棒穿入齒輪內孔來定位。設計時，定位金屬棒頂端應設倒角，便于工件順利導入，定位金屬棒長度通常略小于齒寬，以避免與氣爪產生干涉。

     12、剃齒工位剃齒油較多，右側氣爪到交換料道取工件時會將剃齒油回帶，所以在交換料道下方需設計接油槽，接油槽右端應延伸至剃齒機下方，并設有回油管路。

     13、某些軸承有大小端之分，軸承抓取方向又分為從上往下抓取和從側面抓取，所以設計時要根據工藝要求選擇氣爪朝向和設計爪指的尺寸。另外還要依據從齒輪內孔還是外緣抓取來設計氣爪手指結構。
 
     14、根據工藝要求，自動物流線需考慮抽檢環節，通常分為隨機抽檢和定量抽檢。抽檢臺可利用交換料道，也可另設。

     四、結語
 

     智能裝備的設計水平和制造能力代表了一個國家的科技水平，是一個國家制造業發達程度和國家綜合實力的集中體現。面對不斷攀升的人力成本與日益加劇的行業競爭，制造企業紛紛著手提高生產線自動化程度，隨著市場的巨大需求，將有越來越多的資金和人才涌入智能裝備行業。本文僅介紹了桁架機械手設計的一些常見問題，希望能為初涉該領域的工程師提供參考。