超声波焊接中机械手探析

张先伟

（北京爱普横川仪表有限公司，北京100000）

合理使用机械手，不仅对于我国的工业发展有着十分重要的意义，而且对于环境的保护也起着十分重要的作用。利用机械手，对于周边的环境可以做出快速的反应，并且根据实际情况，做出最为科学合理的判断；除此之外，在较为复杂的环境之下，使用机械手也可以有效的避免由于环境的复杂性出现的问题，提高工业的处理效率，保障工业质量。所以当前各国在进行发展的过程中，机械手越来越受到相关部门的重视，学习先进国家的经验，推动我国机械手的发展，实现工业自动化的发展。

1 机械手未来的发展意义以及趋势

1.1 机械手发展的意义

随着经济的快速发展，国内以及国外的市场竞争日益激烈，企业走向自动化是必然趋势。而机械手正是工业自动化的发展，会为企业带来较大的经济利益，可以减轻工人的劳动负担，从复杂有害的环境中释放出来。（1）可以提高企业的经济效益，提高企业竞争力；（2）提高技术的创新，推动我国企业的发展；（3）提高企业的生产效率，减轻人工的负担。

表1 当前机械手类别

1.2 机械手未来的发展趋势

1.2.1 高级智能化，应用广泛化

随着经济技术的发展，机械手向着智能化发展，机械手会不断学习相应的专业知识，并且在面对故障问题的时候，可以选择最优化的解决措施，并且能够有更强的适应能力，作出科学化的反应。另外在之后的发展过程中，机械手不再只是限制于工业生产的过程中，而是向社会的各个领域之中进行服务[1]。机械手会在人类的生活以及工作中，广泛的应用，并且发挥出更加重要的作用。

图1 几种常见的回转手臂结构

1.2.2 产品微型化，高精度、可靠性较高

当前机械手在不断的发展过程中，逐步实现微型化发展，能够代替人类进入到无法触及的领域，并且帮助人类进行相应的微观研究。而在科学的发展过程中，实现纳米机械手已经不再是遥远的梦想。除此之外，由于在进行机械手的发展过程中，人们对于机械手的要求不断提高，不仅需要有高精度，还需要有高可靠性，来保障机械手在使用的过程中，可以得到更好的发展，确保居民生活以及工作上的需求。

2 机械手主要部件的运动

机械手在进行一个完整的周期时，最主要的过程主要为以下四部分。第一，步进电机会带动凸轮间歇分割器，将机械手的手臂进行90°的旋转，气缸在收缩的时候，三个吸盘会同时进行动作，将成品的灯、灯盖以及灯座进行抓取。第二，气缸伸长之后，步进电机会带动凸轮间歇分割器，将手臂旋转90°，之后气缸收缩，这时吸盘会进行复位，灯会在传送带上，而灯盖则在下模具上。第三，气缸再次深长，不仅电动机带动凸轮间歇分割器转动，手臂会旋转90°后，气缸进行收缩，机械手臂上的吸盘复位，灯座会在下模具上，并且会和灯盖进行配合[3]。第四，气缸出现第三次伸长，步进电动机带动凸轮间歇分割器转动，手臂再次呈90°旋转，超声波焊接机上面的上模具会向下进行运动，并且和下模具相贴合。在超声波的高频振动之下，产生局部的高温，并且加之上下模具的压力，灯盖会和灯座的接触面出现迅速的融化，并且会将其融合在一起。而在上模具运动恢复到初始的情况下，机械手便会再次进入到下一个的运动周期之中。

3 臂部设计

在进行臂部设计的时候，需要注意以下的几点要求。第一，要有较大的刚度。只有将手臂的截面形状进行合理地选择，才能保障臂部在运动中出现较大的变形情况。由于工字形的截面刚度比较大，所以在进行设计的时候，主要是以工字钢作为支撑板。第二，需要较高的导向性。在进行臂部设计的时候，要做好导向设置，才能避免出现直线运动，设计方形等形状的臂杆。第三，重量较轻的臂部。在进行设计的时候，需要尽可能的较小臂部进行运动的重量，来提高工业机器人在进行运动时的运动速度。第四，除了上述的三点之外，还需要有高稳定性以及高精准度。而当前最经常使用的臂部结构有以下几种。第一，直线手臂机构：在当前设计的过程中，主要有活塞气缸，丝杠螺母机构或者连杆机构等等。而其中活塞气缸具备体积较小，并且较轻的重量等优势，所以在设计中比较常用。第二，回转手臂机构：当前常用的回转机构有以下几种：叶片式、齿轮式、活塞式、链条式以及连杆式几种，见图1（几种常见的回转手臂结构）。

4 手爪结构设计

在工业上，经常会选择进行抓取工作的手爪有真空吸盘、电磁铁以及气动手指等设备。而在超声波焊接过程之中，由于需要进行抓取的工件主要为圆形的塑料片状灯盖、灯座以及成品灯，其表面为光滑的情况，并且重量比较轻，因此使用电磁铁或者气动手指无法较好满足超声波焊接的要求，所以会将机械手的手爪为真空吸盘。真空吸盘是目前唱啊进的一种气动执行的原件，最主要的制作材料为丁腈橡胶，而真空吸盘进行工作的具体原理如下。在真空吸盘上会有一个通气孔。将气管和真空发生器相连接时，吸盘工作表面会和需要提升到物料所相接触。而真空发生器在工作时，真空吸盘的内部气压会出现急剧下降的情况，使其比大气压更低，从而可以将需要提升到物料进行牢牢的吸住，之后搬运到所指定的位置之处。在物件到指定位置的时候，真空发生器会有所动作，将气体通入真空吸盘之中，而吸盘内部的气压会有所增高，在比大气压稍大的时候，吸盘便会和物件想脱离，物件被放置到所指定的位置上，完成当前的工作任务。

5 结论

现阶段我国工业发展的过程中，绝大多数的企业仍旧是以人工或者半机械进行处理，但是由于其存在着劳动强度较大，并且其产生的垃圾以及噪音也十分大，安全系数较低等问题，导致在进行招工的情况下，出现了招工难的情况发生，从而导致我国工业的发展受到了阻碍，使行业在智能化以及安全性的发展滞缓。这使得我国机械手在工业发展的作用便逐步提高，从而导致企业需要加强对于如何进行机械手的设计，完善其自身的优势，这对于实现我国工业的发展有着十分重要的作用。