电饭锅内胆拉深工艺高速上下料机器人本体结构的设计与优化

摘要

目前,国内电饭锅内胆拉深工艺基本采用传统的人工上下料方式,从而导致加工效率低、产品质量差、操作人员劳动强度大及安全性不高等诸多弊端。随着劳动力成本的迅速增加和制造业产业升级的迫切需要,这种严重依靠廉价劳动力的生产制造方式已经不能适应冲压制造业高速自动化发展的需要,因此实现电饭锅内胆拉深工艺自动化生产迫在眉睫。为此,研制开发用于中小型企业进行自动化改造升级的经济型高速上下料机器人具有重要的现实意义。
　　本文结合湛江市五星电器有限公司电饭锅内胆拉深工艺生产的实际需要,在对企业现有的冲压设备及内胆加工工艺流程进行系统的分析的基础上,提出符合生产实际需要的自动生产线改造方案。据此,开发设计电饭锅内胆拉深工艺高速上下料直角坐标机器人,针对冲压机工作空间行程较长的问题(有效行程900mm),在机器人悬臂轴上加装短距离(400mm)轻型气缸,有效解决了长悬臂上下料的技术难题,开发设计出电饭锅拉深工艺高速上下料直角坐标机器人,并对重要零部件进行选型和验算。
　　针对所设计的机器人悬臂轴(Y轴)可能存在的刚度不足及抖振问题,本文以有限元软件ANSYS Workbench为平台,应用人工免疫克隆选择算法结构优化方法对机器人悬臂轴的底板刚度进行优化,优化结果表明在质量只增加0.02kg的情况下,其刚度变形量减少了37.5％,应力值减小了37.5%,有效提高了机器人的刚度和强度。然后利用专业的动力学仿真软件ADAMS从运动学及动力学角度对直角坐标机器人的运动工况进行系统的仿真分析。分析结果表明采取增加悬臂轴固定支撑及阻尼比、增加缓冲块和调整脉冲避开共振频率段等措施可有效预防机器人悬臂轴工作时的抖动不稳定性。
　　最后对开发的直角坐标机器人样机进行刚度及振动稳定性试验验证。应用动态应变仪及多组应变片半桥盒接线法对机器人悬臂轴刚度进行测试,测试结果表明整个机器人的本体结构刚度满足要求。在此基础上进行振动稳定性实验研究,首先采用单点多次测量锤击法测出悬臂轴的固有频率,旨在避开上下料机器人的工作频率和固有频率,防止发生共振;其次应用加速度传感器测试不同转速下机器人的振动特性。实验结果表明:机器人在工作过程中无明显的抖动,也未出现不稳定现象,说明机器人的稳定性达到设计要求。
　　电饭锅内胆高速上下料机器人设计应用“模块化”思想,生产线其它工位的机器人只需在拉深工艺直角坐标机器人的基础上增删模组或更换简易的夹持器即可,方便快捷,可以有效的节约经济成本,降低产品的开发周期。本论文的研究成果对冲压制造业的自动化改造具有参考和借鉴意义。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1引言

1.2课题研究的背景及意义

1.3工业机器人的应用现状及发展趋势

1.4本论文研究内容及目标

1.5本章小结

2 电饭锅自动冲压生产线总体方案设计

2.1引言

2.2车间布局及冲压设备

2.3电饭锅内胆冲压工艺流程分析

2.4生产线设计原则及基本要求

2.5总体方案布局与设计

2.6生产线生产节拍

2.7本章小结

3 高速上下料机器人本体结构的设计与优化

3.1引言

3.2拉深工艺上下料机器人总体方案的设计

3.3零部件的选型计算

3.4上下料机器人气动元器件的选型

3.5上下料机器人关键零部件的优化设计

3.6本章小结

4 直角坐标机器人稳定性分析

4.1引言

4.2机器人运动学分析

4.3机器人动力学分析

4.4仿真分析

4.4上下料机器人抖振预防措施

4.5本章小结

5 机器人刚度及振动稳定性实验研究

5.1引言

5.2机器人实验

5.3本章小结

6 结论与展望

6.1结论

6.2创新点

6.3研究展望

参考文献

致谢