發(fā)布時間：2020-11-04 02:18

　　 隨著“中國制造2025”全面實施,作為高端制造裝備的高性能多工位冷鐓機得到了快速的發(fā)展。對比國內(nèi)外冷鐓機換模水平,國外已形成自動化、智能化的成套換模技術(shù),而國內(nèi)企業(yè)通常采用人工換模,這大大降低了冷鐓機產(chǎn)品的自動化程度和冷鐓機工作效率,制約著我國高端裝備制造業(yè)的快速發(fā)展。本文研發(fā)一款與DBP—206L冷鐓機相配套的自動換模機械手,解決企業(yè)在實際生產(chǎn)中,工人勞動強度大、用工成本高、換模效率低、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等一系列問題,提高國內(nèi)冷鐓機換模水平,縮短與發(fā)達(dá)國家之間的差距。首先,分析冷鐓機換模工藝流程,總結(jié)機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計功能參數(shù),并針對關(guān)鍵構(gòu)件進行選型、計算、校核,通過Solid works軟件建立機械手的三維模型。在ANASY Workbench軟件中,通過修改材料屬性、添加約束和邊界條件,對機械手模架進行靜態(tài)特性分析和模態(tài)分析,得到模架對應(yīng)的變形圖、應(yīng)力云圖以及模態(tài)振型圖。通過分析靜態(tài)特性下的模架變形圖、應(yīng)力云圖,驗證模架結(jié)構(gòu)的剛強度條件滿足設(shè)計要求;通過分析模架結(jié)構(gòu)的各階模態(tài)振型圖,了解模架結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性,研究各階振型對模架結(jié)構(gòu)以及機械手換模精度的影響,避免因結(jié)構(gòu)共振造成的精度低、穩(wěn)定性差的不良結(jié)果,保證機械手較高的換模工作效率和換模質(zhì)量�；贏NSYS Workbench有限元軟件,對機械手模架進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,提出了用空心方鋼結(jié)構(gòu)替代鋼板焊接結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方案。通過分析設(shè)計變量與模架質(zhì)量以及應(yīng)力應(yīng)變的關(guān)系曲線圖、設(shè)計變量對目標(biāo)函數(shù)敏感度等圖像,得出最優(yōu)樣本方案,并驗證優(yōu)化方案的正確性。其次,應(yīng)用機器人D-H法建立直角坐標(biāo)機械手的運動學(xué)模型,得到機械手末端抓手的空間位置和各軸之間的運動關(guān)系;應(yīng)用拉格朗日法求得機械手的動力學(xué)方程,為ADAMS仿真求解各軸方向上的質(zhì)量、慣性矩、重力矢量提供理論依據(jù)。應(yīng)用SolidWorks2016三維建模軟件和ADAMS軟件進行聯(lián)合仿真,求得末端執(zhí)行氣缸和氣動手抓在整過換模過程中的位移、速度、加速度隨時間變化的曲線圖以及機械手各軸向相對應(yīng)的運動及力矩關(guān)系圖,對機械手的運動過程進行系統(tǒng)的分析研究。并針對機械手在換模過程中可能存在的抖振現(xiàn)象提出了若干條相應(yīng)的預(yù)防措施,確保整個機械手換模工作的平穩(wěn)運行。然后,對機械手的換模動作進行詳細(xì)分析,建立換模機械手的運動路徑方程,確定機械手的軌跡規(guī)劃目標(biāo)函數(shù)和約束條件。結(jié)合機械手實際工況,編寫基于“窮舉法”思想的算法程序,使用MATLAB仿真軟件,計算出機械手基于目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)的換模路徑,并繪制出換模路徑順序圖,指導(dǎo)機械手自動化換模工作。最后,通過分析冷鐓機換模機械手的動作要求和運動規(guī)律,總結(jié)了機械手控制系統(tǒng)的總體設(shè)計要求和系統(tǒng)組成;根據(jù)機械手控制系統(tǒng)工作流程,設(shè)計了氣動回路控制系統(tǒng)和PLC電氣控制系統(tǒng),給出了各氣缸動作梯形圖以及PLC控制系統(tǒng)接線圖,設(shè)計出換模機械手的人機操作界面系統(tǒng)。
【學(xué)位單位】：溫州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TH69;TP241
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 研究背景與課題來源
    1.2 研究目的和意義
    1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.4 研究內(nèi)容與論文結(jié)構(gòu)
    1.5 本章小結(jié)
第2章 冷鐓機換模機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計與有限元仿真優(yōu)化
    2.1 冷鐓機換模動作分析
    2.2 冷鐓機換模機械手的設(shè)計要求
        2.2.1 機械手設(shè)計基本原則
        2.2.2 機械手功能參數(shù)
    2.3 冷鐓機換模機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計
        2.3.1 單軸運動單元選擇與計算
        2.3.2 驅(qū)動電機選型
        2.3.3 冷鐓機換模機械手氣動元件選型計算
        2.3.4 冷鐓機換模機械手整機結(jié)構(gòu)
    2.4 機械手關(guān)鍵零部件有限元仿真分析
        2.4.1 ANSYS Workbench有限元仿真軟件簡介
        2.4.2 模架靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析
        2.4.3 模架模態(tài)分析
    2.5 基于ANSYS Workbench模架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計
        2.5.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計流程
        2.5.2 模架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案
    2.6 本章小結(jié)
第3章 基于動力學(xué)仿真的冷鐓機換模機械手穩(wěn)定性分析
    3.1 冷鐓機換模機械手運動學(xué)分析
        3.1.1 冷鐓機換模機械手空間坐標(biāo)描述
        3.1.2 冷鐓機換模機械手正解和逆解
    3.2 冷鐓機換模機械手動力學(xué)分析
        3.2.1 基于拉格朗日方程的機械手動力學(xué)模型
        3.2.2 ADMAS環(huán)境下的機械手模型
        3.2.3 ADAMS環(huán)境下機械手仿真分析研究
    3.3 機械手抖振預(yù)防措施
    3.4 本章小結(jié)
第4章 多工位冷鐓機換模路徑優(yōu)化設(shè)計
    4.1 冷鐓機換模機械手的路徑規(guī)劃算法
        4.1.1 “窮舉法”算法介紹
        4.1.2 “窮舉法”在路徑規(guī)劃中的應(yīng)用
    4.2 換模過程描述和路徑規(guī)劃數(shù)學(xué)模型
    4.3 MATLAB仿真分析
        4.3.1 運動路徑計算
        4.3.2 運動路徑優(yōu)化
    4.4 本章小結(jié)
第5章 冷鐓機換模機械手控制系統(tǒng)設(shè)計
    5.1 冷鐓機換模機械手控制系統(tǒng)總體設(shè)計方案
        5.1.1 冷鐓機換模機械手控制系統(tǒng)組成
        5.1.2 換模機械手工作流程
    5.2 冷鐓機換模機械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計
        5.2.1 PLC選型與I/O分配
        5.2.2 PLC控制系統(tǒng)接線圖
    5.3 冷鐓機換模機械手氣動回路控制系統(tǒng)設(shè)計
    5.4 冷鐓機換模機械手觸摸屏控制系統(tǒng)設(shè)計
    5.5 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻
致謝
附錄1:路徑規(guī)劃窮舉算法部分仿真程序
附錄2:MATLAB路徑繪制部分仿真程序
攻讀碩士期間主要研究成果

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 張普行;嚴(yán)軍輝;賈秋玲;;六自由度機械手的運動學(xué)分析[J];制造業(yè)自動化;2011年20期

2 張婷婷;張鳳麗;盛建倫;;機組組合優(yōu)化問題的窮舉算法研究[J];青島理工大學(xué)學(xué)報;2011年01期

3 胡磊;林示麟;徐建明;董輝;;S曲線加減速速度控制新方法[J];組合機床與自動化加工技術(shù);2010年01期

4 王衛(wèi)剛;周炳海;;快速換模技術(shù)的實踐研究[J];機床與液壓;2007年05期

5 許玲;優(yōu)化窮舉法求旅行商問題的近似最優(yōu)解[J];微型機與應(yīng)用;1998年10期

6 陽林;何德譽;;新型手動快速換模裝置[J];鍛壓技術(shù);1993年03期

本文編號：2869461