【摘要】：近年來,隨著空調(diào)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,同時也推動了相關(guān)零配件市場的繁榮。氣缸、法蘭等作為空調(diào)壓縮機(jī)的關(guān)鍵零部件也進(jìn)入了高速發(fā)展期。而當(dāng)前我國用于空調(diào)壓縮機(jī)中的氣缸、法蘭生產(chǎn)線大多依賴人工進(jìn)行上下料,限制了空調(diào)壓縮機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展。而隨著工業(yè)自動化技術(shù)與上下料工藝的日益結(jié)合,機(jī)械手在自動化領(lǐng)域中承擔(dān)上下料的工作任務(wù)日趨普遍,與加工設(shè)備連線組成自動生產(chǎn)線,有效提高生產(chǎn)效率。本課題研究設(shè)計適用于多聯(lián)機(jī)(氣缸、法蘭生產(chǎn)線)的可進(jìn)行高效、穩(wěn)定上下料作業(yè)的機(jī)械手,實(shí)現(xiàn)氣缸、法蘭等盤類零件的自動化生產(chǎn)加工。本課題首先進(jìn)行上下料機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計,其中包括機(jī)構(gòu)類型選擇、工作流程確定、本體結(jié)構(gòu)設(shè)計以及驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計等,并在SolidWorks平臺中建立上下料機(jī)械手的三維模型。隨后利用RecurDyn-SolidWorks平臺搭建了機(jī)械手多剛體模型,通過Hertz理論計算接觸剛度以此保證參數(shù)的準(zhǔn)確性,通過兩種不同柔性化方法對橫梁模態(tài)柔性體(RFlex)和滑臺節(jié)點(diǎn)柔性體(FFlex)進(jìn)行建模,再基于RecurDyn-ANSYS聯(lián)合仿真平臺建立上下料機(jī)械手剛?cè)狁詈隙囿w動力學(xué)模型,剛?cè)狁詈夏Ｐ椭乜紤]了關(guān)鍵部件彈性變形與整體系統(tǒng)運(yùn)動間的耦合作用,更接近大型、輕質(zhì)、高速、高精度的機(jī)械系統(tǒng)實(shí)際模型,并通過模擬實(shí)際運(yùn)行流程對上下料機(jī)械手進(jìn)行動態(tài)特性仿真分析,分別獲得驅(qū)動力矩幅值和運(yùn)動速度等仿真結(jié)果圖,結(jié)果表明經(jīng)理論計算選用的減速器額定轉(zhuǎn)矩均滿足所需力矩要求;整機(jī)運(yùn)行速度滿足60m/min的技術(shù)要求,且速度波動較小。通過測量剛?cè)狁詈夏Ｐ椭械膶?shí)際運(yùn)行軌跡與多剛體模型中的理想運(yùn)行軌跡的偏差值來評定機(jī)械手運(yùn)動精度,X、Z方向運(yùn)動軌跡偏差較小,可忽略;而Y方向運(yùn)動軌跡偏差為-0.72~+0.39mm,以此評定機(jī)械手的運(yùn)動精度為±0.72mm,超出±0.2mm的技術(shù)要求;且當(dāng)機(jī)械手在橫梁末端運(yùn)行時的偏差幅值0.4mm大于其在橫梁前端的0.2mm,符合懸臂梁主要由于上下擺動變形而導(dǎo)致機(jī)械手產(chǎn)生運(yùn)動偏差的工程現(xiàn)象,同時表明橫梁剛度不足。為進(jìn)一步診斷整體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵薄弱環(huán)節(jié),對機(jī)械手結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分析,結(jié)果表明低階頻率中主要以橫梁振動為主,進(jìn)而說明橫梁是對整體系統(tǒng)低階振型影響最大的關(guān)鍵部件。為了增強(qiáng)橫梁剛度,提高整機(jī)性能,本文采用多目標(biāo)優(yōu)化分析方法對上下料機(jī)械手的關(guān)鍵部件橫梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化,對橫梁截面尺寸、質(zhì)量、靜態(tài)最大變形量等進(jìn)行參數(shù)化處理,建立含有以截面尺寸為主的約束條件及以靜態(tài)最大變形量和質(zhì)量為主的目標(biāo)函數(shù)的多目標(biāo)優(yōu)化分析模型,獲取各截面參數(shù)對于橫梁質(zhì)量、靜態(tài)最大變形量的靈敏度分析圖和最優(yōu)分析方案。結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)際對橫梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計,采用整高155mm、整寬150mm、上壁厚20mm和右壁厚15mm的橫梁結(jié)構(gòu)形式,通過對比分析得出結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的橫梁在靜力學(xué)分析中最大變形量相比優(yōu)化前降低74.9%,表明橫梁剛度得到有效增強(qiáng)。再次對改進(jìn)后的機(jī)械手系統(tǒng)進(jìn)行剛?cè)狁詈隙囿w動力學(xué)仿真分析,結(jié)果表明末端執(zhí)行器在Y方向的運(yùn)動偏差為-0.17~+0.08mm,運(yùn)動偏差幅度相比優(yōu)化前降低77.5%,最終評定其優(yōu)化后的運(yùn)動精度為±0.17mm,滿足了±0.2mm的設(shè)計要求,有效說明結(jié)構(gòu)優(yōu)化后機(jī)械手動態(tài)特性和運(yùn)行性能顯著提高,根據(jù)改進(jìn)后的模型進(jìn)行物理樣機(jī)搭建。最后進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計,以匯川H3U-3232MR小型PLC為核心控制器,配置匯川IT60707觸摸屏作為上位機(jī),搭建“PLC+HMI”的整體控制平臺。采用模塊化設(shè)計方法進(jìn)行機(jī)械手的整體電氣設(shè)計,并完成控制電柜的接線與安裝;根據(jù)上下料流程編寫機(jī)械手PLC程序,設(shè)計機(jī)械手的多軸、多方式運(yùn)行模式;并以用戶為中心設(shè)計含有操控、監(jiān)視、診斷等功能的人機(jī)界面。結(jié)合外圍設(shè)備(料倉、多聯(lián)機(jī)等)進(jìn)行工業(yè)現(xiàn)場運(yùn)行調(diào)試,通過大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,基于多聯(lián)機(jī)的上下料機(jī)械手速度、定位精度分別達(dá)到60m/min、±0.2mm的技術(shù)要求,能滿足高速、高精度、穩(wěn)定可靠的工業(yè)應(yīng)用要求。
【圖文】：

擺脫勞動力的依賴，從而實(shí)現(xiàn)降本、提效、保質(zhì)的企業(yè)目標(biāo)目的缸和法蘭等盤類零件作為空調(diào)壓縮機(jī)的關(guān)鍵部件需求量較大行加工已經(jīng)滿足不了市場需求，且人工成本較高。因此，針困境，實(shí)習(xí)企業(yè)自主研發(fā)適合盤類零件批量加工的復(fù)合加工 1-1 所示。該設(shè)備主要將多臺車銑復(fù)合加工機(jī)床柔和在一起左右移動，而工作臺固定不動，各車銑復(fù)合加工通道之間可得工件可在加工通道中輪換。一臺多聯(lián)機(jī)就是一條內(nèi)部連線道，每個通道上均有工件主軸，再將工業(yè)機(jī)械手集成到多聯(lián)成自動化生產(chǎn)線。因此在多聯(lián)機(jī)的基礎(chǔ)上研制穩(wěn)定可靠的自個盤類零件的加工制造行業(yè)轉(zhuǎn)型升級有著重要意義。

第二章 上下料機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)設(shè)計本課題研究的上下料機(jī)械手主要應(yīng)用于盤類金屬零件的上下料過程，與實(shí)習(xí)自主研發(fā)的多聯(lián)機(jī)組線，以此代替人工實(shí)現(xiàn)工件的自動上下料流程，形成完整動化生產(chǎn)線，整線節(jié)拍為 65s。實(shí)習(xí)企業(yè)自主研發(fā)的多聯(lián)機(jī)由多臺車銑復(fù)合加心柔和在一起，各車銑復(fù)合加工通道能實(shí)現(xiàn)工件主軸自主對接功能，一臺多聯(lián)成一條內(nèi)部連線的生產(chǎn)線，如圖 2-1 所示。多聯(lián)機(jī)的有限對接空間為 450mm00mm×300mm，，機(jī)械手手抓與工件主軸的對接方式為水平同軸，由于主軸工件的張開度有限，因此需限制手抓與主軸的同軸度，即需設(shè)定機(jī)械手的定位精度0.2mm。機(jī)械手不僅要滿足與主軸的對接要求，還需進(jìn)行與料倉對接操作，因抓需為活動關(guān)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)水平和豎直方向的位姿切換；而水平行程需橫跨兩個對接點(diǎn)，才能滿足機(jī)械手從與料倉對接上料再到與主軸對接下料的工序操作要求
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP241;TB652

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本文編號：2693143