机械手的不同形式及特点

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：图6-40 双臂单爪机械手图6-40 双臂单爪机械手

在装有机械手换刀机构的数控机床中，为使刀库满足机床主轴的布局要求、充分利用整体空间以及增加机械手动作的可靠性，机械手的类型通常是多种多样的。根据手臂类型分类，机械手可分为单臂机械手和双臂机械手；根据手爪数目分类，机械手可分为单爪机械手和双爪机械手；手臂和手爪彼此又可组合成单臂单爪机械手、单臂双爪机械手、双臂单爪机械手和双臂双爪机械手（相当于两个独立刀库中的单臂双爪机械手）四类，其中单臂双爪机械手因同时抓取和装卸机床主轴和刀库中的刀具，能够大大缩短换刀时间而被广泛应用。

另外，换刀过程中机械手臂需要抓住刀具的刀柄快速旋转，执行插刀和拔刀动作，还得控制刀柄上的键槽对准主轴的端面凸键，因此机械手臂的手爪必须带有自锁机构（见图6-35），以防止换刀过程中刀具掉落和相对转动，从而确保机械手换刀动作迅速、平稳可靠。

图6-35 手爪的自锁机构

1—机械手臂 2、4—弹簧 3—锁紧销 5—活动销 6—锥销 7—手爪 8—长销

1.单臂单爪机械手

为满足不同结构形式数控机床的自动换刀要求，单臂单爪机械手（见图6-36）的手臂可回转不同的角度；因其手臂上仅有一个手爪，故装刀和卸刀操作必须分步进行（刀库中待换的目标刀具与主轴上已用完的刀具交换不能同时进行），从而延长了换刀时间。

2.单臂双爪机械手

单臂双爪机械手又称扁担式机械手，其手臂两端各有一个手爪，一个手爪负责取下主轴上已用完的刀具并送回刀库，另一个手爪负责取出刀库中待更换的目标刀具并传送至主轴锥孔中。这两个动作是同时进行的，因此单臂双爪机械手的换刀时间比单臂单爪机械手显著缩短，这就是单臂双爪机械手被广泛应用于现代数控机床中的主要原因。根据手爪的结构形式分类，单臂双爪机械手可分为钩手、抱手、伸缩手和叉手4种（见图6-37）。

图6-36 两种单臂单爪机械手的换刀示意图

1—机床主轴 2—主轴已用完的刀具 3—刀库中待换刀具 4—刀库 5—单臂单爪机械手

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图6-37 单臂双爪机械手的4种结构形式

早期传统的单臂双爪机械手（见图6-38）的手臂升降、拔刀和装刀及回转（交换主轴和刀库中的刀具）等动作全部由液压装置驱动。液压式换刀机械手的缺点是换刀速度慢（单次换刀循环时间为5～20s）、安装和调试较为困难、液压管路易漏油等。与液压式换刀机械手相比，凸轮式单臂双爪换刀机械手具有动作可重叠、运动规律可选择、无中间控制环节使其几乎不存在定位误差、换刀速度快（单次换刀循环时间不超过2s）、可靠性高和安装调试较容易等优点，因此成为目前最理想的换刀机械手（见图6-39）。

图6-38 JCS-018A立式加工中心的单臂双爪机械手（钩手）

1、3、7、9、13、14—行程开关 2、6、12—挡环 4、11—齿轮 5、23—连接盘 8—销子 10—传动盘 15、18、20—液压缸 16—机械手臂轴 17、19—齿条 21—轴 22—钩手手臂

图6-39 凸轮式单臂双爪换刀机械手（钩手）

1—刀库内刀套 2—十字轴 3—机械手电动机 4—圆柱槽凸轮（手臂上下） 5—杠杆 6—锥齿轮 7—凸轮滚子（平臂旋转） 8—机床主轴箱 9—刀具锥柄 10—钩手手臂 11—手爪 12—顶刀爪 13—定位键 14—安全顶销 15—铜套 16—刮刷环 17—O形环 18—顶刀爪弹簧 19—安全顶销弹簧 20—弹簧盖板 21、31—弹簧垫圈 22—顶刀爪限位销 23—刀臂固定盖 24—内六角沉头螺栓 25—弹簧销 26、30、32、33—内六角支承窝头（凹穴）螺栓 27—刀臂垫片 28—销压板 29—平垫圈

3.双臂单爪机械手

双臂单爪机械手（见图6-40）实质是两个交叉成一定角度的单臂单爪机械手相互配合实现刀具自动交换的，其中一个单爪机械手负责从主轴上取下已用完的刀具并送回刀库，另一个则负责取出刀库中待更换的目标刀具并传送至主轴锥孔中，这两个动作不能同时进行。由于换刀准备时间和刀具送回刀库的时间与机床加工的时间重合，故双臂单爪机械手的换刀时间较短；但它对刀具刀柄的精度要求较高而使得刀柄结构复杂，还有机械手的安装位置距离加工区较近而使得机床布局过于紧凑和联机调整困难等。

图6-40 双臂单爪机械手

机械手的不同形式及特点

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