一、前言
      在粉末冶金制品行業(yè)，壓坯的拾取、碼放、檢驗(yàn)（稱重）是一個(gè)非常耗費(fèi)人力的工序，因此研究自動(dòng)稱重排坯系統(tǒng)(機(jī)械手排坯機(jī))就顯得非常有意義。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，以及各類執(zhí)行元件制作的精美，設(shè)計(jì)制作自動(dòng)化的取坯稱重排列變得可行可靠。然而現(xiàn)在的粉末冶金制品越來(lái)越復(fù)雜，其品種越來(lái)越多，只用有限的篇幅敘述各類產(chǎn)品的拾取、碼放等是不可能的。本文只就業(yè)內(nèi)迫切需要的數(shù)控機(jī)床用硬質(zhì)合金刀片的拾取、碼放等問(wèn)題進(jìn)行探討，兼介紹適用于該行業(yè)的機(jī)械手排坯系統(tǒng)。

二、設(shè)計(jì)原理
       硬質(zhì)合金制品剛壓制出的生坯未經(jīng)燒結(jié)是非常脆弱的，特別是刃口部分，工人若用手抓取，一不小心就會(huì)掉邊、掉角，形成廢品。即使小心翼翼將其放在承燒板上，燒結(jié)制成后也有相當(dāng)數(shù)量刃口部分留有顯微鋸齒，非要經(jīng)磨削后才能成為正品。如果用一般的機(jī)械手、仿人手抓取則更行不通，因?yàn)楝F(xiàn)階段機(jī)械手還不能做到比人手更靈巧。
      為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了適用于硬質(zhì)合金刀片的排坯機(jī)械手。該排坯機(jī)由下列各部分組成，即機(jī)架、電子天平、機(jī)械手臂、抓取手指和自動(dòng)換板機(jī)構(gòu)等。
（一） 機(jī)械手臂
       水平多關(guān)節(jié)機(jī)械手臂。該手臂外形如附圖所示，它有三個(gè)水平關(guān)節(jié)和一個(gè)能沿Z軸運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，每個(gè)關(guān)節(jié)及Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)均安裝有伺服電機(jī)，通過(guò)程序控制，可以將坯件送到以手臂展開(kāi)長(zhǎng)度為半徑以固定機(jī)座為圓心250°范圍內(nèi)的任何位置。（見(jiàn)機(jī)械手排坯范圍圖）通過(guò)設(shè)定，也可以讓坯件在任何位置停留，當(dāng)然也可使坯件按事先設(shè)定的任何陣列碼放。每排滿一板，壓機(jī)停機(jī)，機(jī)器自動(dòng)將承燒板更換后重新開(kāi)機(jī)，進(jìn)入下一循環(huán)。
（二） 抓取手指
       對(duì)于上面是平面的無(wú)孔刀片，比較好辦，只需根據(jù)真空原理用小吸盤吸取。但是對(duì)于中間有孔、邊緣有斷屑槽的刀片，則只能利用其中心小孔來(lái)拾取坯件了，而這又有兩種方案。
方案一：用一皮囊插入坯件的小孔中，充氣使其膨脹，脹住坯件。放氣后利用皮囊自身的張力縮回，坯件靠自重落下。（如簡(jiǎn)圖所示）

      用該方法抓取坯件有一個(gè)問(wèn)題，即皮囊下端應(yīng)超過(guò)坯件一段距離如圖Ⅰ、Ⅱ。否則，抓取便不可靠，也有可能損壞孔口。但放下稱重時(shí)又不能使坯件靠近電子天平。如果坯件自高處落在天平上，將會(huì)引起天平振動(dòng)，使讀取時(shí)間延長(zhǎng)，影響生產(chǎn)效率。故在機(jī)床進(jìn)行壓制時(shí)，氣動(dòng)芯桿要配合動(dòng)作，拾取時(shí)芯棒縮入固定沖下一段距離，留有皮囊伸入空間。天平上也要固定一只小型支架讓位于伸出的皮囊。
方案二：用氣動(dòng)元件廠生產(chǎn)的微型氣爪進(jìn)行如圖改制，
       利用兩只手指的開(kāi)啟與合攏脹取坯件，該結(jié)構(gòu)較適宜坯件較厚而圓柱型孔的刀片。對(duì)于異型孔，還是用氣球式的抓取為好！

（三） 自動(dòng)換板機(jī)構(gòu)
       該換板機(jī)構(gòu)分為上下兩層，由伺服電機(jī)帶動(dòng)同步齒形帶傳送承燒板。空板從下層放入后被自動(dòng)運(yùn)送至前端，到位后（傳感器感知）被氣缸托起，進(jìn)入等待排坯的位置，待該板排滿后被自動(dòng)從上面一層運(yùn)出機(jī)外。這時(shí)操作人員可從上面將排滿坯件的承燒板取走。上層傳送帶最多可儲(chǔ)放三塊承燒板，如果三塊板排滿仍不被取走，機(jī)器會(huì)停車并報(bào)警。承燒板規(guī)格為300X300X8。

三、設(shè)計(jì)特色
1.機(jī)械手自動(dòng)撿拾產(chǎn)品，并根據(jù)所設(shè)定的間隔個(gè)數(shù)或直接排列產(chǎn)品或放在電子天平上稱重后，合格者被再次拾取排列（等待稱量的時(shí)間亦可設(shè)定）。不合格者撿入廢品箱。機(jī)械手拾取速度為每分鐘20~30次，定位精度小于±0.02毫米。
2.采用交互式人機(jī)界面進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入，只需簡(jiǎn)單的刀片形狀確認(rèn)和擺放行數(shù)與列數(shù)的鍵入便可完成程序輸入，計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行拾取方式的選擇和刀片間隔的計(jì)算，且可隨時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)修改，調(diào)整所擺放刀片的方向與疏密。
3.帶有觸摸式計(jì)算機(jī)面板操作機(jī)構(gòu)，具有各種必要的操作提示，操作界面人性化。運(yùn)動(dòng)控制單元內(nèi)置32位RISC CPU和豐富的機(jī)器人命令語(yǔ)等，有豐富的內(nèi)置指令，控制器的參數(shù)易于修改，總控制單元適合于各種PLC I/O接口。
4.具有自診斷功能，根據(jù)人機(jī)界面的提示，維修人員能方便快捷地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和處理問(wèn)題。為保證安全，人機(jī)界面設(shè)有密碼，非專業(yè)人員不能進(jìn)入機(jī)械設(shè)定界面。
5.機(jī)械手能自動(dòng)進(jìn)行零位校正。
6.采用封閉式結(jié)構(gòu)，Z軸配防塵套，提高防粉塵的能力。

四、結(jié)束語(yǔ)
       我國(guó)加入世貿(mào)組織之后，國(guó)際市場(chǎng)將提供很大空間，粉末冶金產(chǎn)品市場(chǎng)進(jìn)一步擴(kuò)大，粉末冶金發(fā)展?jié)摿艽蟆＜夹g(shù)支撐和質(zhì)量保證體系的不足是制約多數(shù)粉末冶金企業(yè)提高競(jìng)爭(zhēng)力、走向國(guó)際市場(chǎng)的重要因素。為了提高粉末冶金零件生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化水平，粉末冶金生產(chǎn)企業(yè)和設(shè)備制造廠應(yīng)緊密地結(jié)合在一起，針對(duì)不同產(chǎn)品的特點(diǎn)，建成一條或幾條生產(chǎn)線，以達(dá)到價(jià)廉的生產(chǎn)成本。
       目前這方面的國(guó)產(chǎn)化排坯機(jī)械手設(shè)備還是空白，為此我們大膽地進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)，先以滿足制造硬質(zhì)合金數(shù)控機(jī)床用刀片的生產(chǎn)廠家為目標(biāo)，今后更換不同手指便可將使用范圍擴(kuò)大到其它粉末制品行業(yè)。