基于注塑机的伺服机械手的研究

作     者：管洋 

作者单位：青岛科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：蔡汉明

授予年度：2013年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0804[工学-仪器科学与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 

主      题：注塑机械手 气动真空系统 控制系统 运动学仿真 有限元分析 优化 

摘      要：近几年来,我国从事中小型注塑产品生产的企业,由于自身规模小、资金少,导致机械化、自动化水平很低,主要依靠人工进行取件。随着注塑技术的快速发展,注塑加工过程中的手工操作、人工上料、取件等传统生产方式已经无法满足注塑工业高速发展需要。注塑加工中采用机械手代替人工操作,是进行高速、高效、高质量生产的一种有效的方法,也成为注塑技术重要的发展趋势。 在国外,注塑机机械手技术起步比较早,随着工业机器人技术的发展及应用,出现了采用注塑机上下料机器人,配合传送系统,组成了全自动注塑生产线。而国内只有具有较大规模的注塑加工企业才会采用注塑机械手,许多中小型企业仍采用人工操作、取件的方式进行生产,这种工作方式生产效率低且存在安全隐患。近几年,企业在市场竞争中遇到了很大挑战,使得企业不得不考虑采用自动化装备提高生产效率降低成本。对于目前已使用的注塑机机械手,造价较高、功能单一,同时机械手对于注塑机模具的适应性不强。 本课题基于卧式中小型注塑机和小水口三板模具,通过对国内外工业机械手的分析和研究设计注塑机专用机械手,并设计控制系统,同时对机械手进行运动学和有限元分析,优化设计。主要工作如下： (1)研究了小水口三板模具的生产工艺,分析了卧式注塑机的结构特点和对上下料工作的要求,确定了机械手的工作原理,设计了注塑机械手的总体方案。 (2)根据机械手的总体方案,总结并借鉴国内外工业机械手设计的成功经验,分别对机械手的各个机械部件进行了分析、设计与计算,根据系统的要求,设计了机械手的真空气动系统并对气动回路的安全性进行了校验。 (3)按照机械手总的设计方案,对机械手的控制系统设计进行了设计和研究。设计了以PLC为核心的机械手控制系统,并对关键控制元件进行了选型。最后按照机械手运行的动作要求,开发系统控制PLC程序对控制算法进行了优化。 (4)对机械手的运动学仿真及关键零部件的有限元分析。使用运动学分析软件,对机械手的运动进行仿真。使用有限元分析对机械手的悬臂进行有限元分析验证设计准确性,对底座组件进行优化设计降低了设备的成本。