第 1 章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
冲压作为一种非常成熟的成型工艺，因具有生产效率高、速度快、产品一致性好等特点，被广泛应用于汽车、电子、航空航天、家用电器等行业[1]。随着压力机和模具技术水平的提升，冲压技术已经步入了自动、高速柔性、精密化的阶段。现今，随着工业机器人的大量使用，在各大中型制造业企业中，工业机器人已广泛被应用于冲压过程中的上下料。但在大部分中小型中，冲压过程中的上下料，依旧由传统的工人手动操作完成。随着技术革新，大部分企业对产品所提的质量要求越来越严格，传统的手工作业方式和手动上下料已难以满足各企业的生产需求。此外，传统的冲压生产车间，噪音较大一般在 90dB 以上，工作环境较为恶劣，对工人身心会造成一定伤害。工人手动操作过程中频繁上下料进出冲压模具，危险性极高[2,3]，在实际调查过程中发现部分中小型企业，对压力机进行过改装，以提高生产效率，该做法进一步增加了工人操作的危险性。
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1.2 国内外机器人的发展情况
目前，尽管工业机器人早已成为各国研究的热点，但现代机器人的历史并不长，始于上个世纪四十年代，经历了如下的发展过程[8-13]：第一台机器人由美国原子能委员会的阿尔贡研究所研发，该机器人由遥控控制主要用于替代人处理放射性核物质，但直到1954 年工业机器人的概念才由美国工程师戴尔沃提出。在 1962 年，由美国 AMF 公司研制“万能搬运机器人”。主要由类似人的手和胳臂组成，这类机器人自由度较多，通过一个计算机来控制，具体步骤为通过示教存储程序，工作时读取信息，然后发出器指令，这样的话机器人可以重复的根据人当时示教的结果，再现动作，属于示教再现型机器人，该机器人的问世掀起了全世界研究机器人的热潮。随着电子技术的发展，约翰·霍普金斯大学应用物理实验室研发出的具有反馈功能的 Beast 机器人，标志着机器人开始了向人工智能方向的发展，该机器人能利用自生携带的光电管装置和声纳系统，实现自身的定位。
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第 2 章 冲压工艺简析
2.1 电机生产过程中的工艺流程
电机作为机械或电器的动力源，被广泛使用在工业生产和家用电器中。鉴于本课题所开发的机械手用于生产此类电机所需的硅钢片，在硅钢片生产过程中，需对此类电机的生产工艺流程做初步简析，以便保证硅钢片的质量要求。交流异步电机由定子、转子、机壳、端盖等部件组成。在这些组成部件中，转子片、定子片经过落料和冲压成型等工艺制造，端盖工艺稍复杂，需多次冲压和拉伸成型，机壳成型工艺较简单，但需要一系列的表面处理工艺使电机能在各类复杂环境中稳定运行。
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2.2 冲裁质量评判参数及影响因子
为保证成品硅钢片的质量要求，需了解冲裁件的相关特点做简单了解，以便在生产工艺中对其质量进行把控。冲裁件的断面由圆角、光亮带、断裂带和毛刺区四部分组成[21,22]，其中影响这四部分参数主要因素为：（1）冲裁材料的机械性能和厚度；（2）凸、凹模间隙，加工精度，刃口锋利程度；（3）压力机滑块导向精度。从影响因子中可以看出影响成品硅钢片质量与冲裁材料、冲压模具质量和压力机有关，其他外界原因非主要影响因子，故可在现有的冲压工艺、冲压模具及压力机的基础上，开发出所需的上下料机械手。但该机械手必须保证放料端拾器的重复定位精度，即在每次放料过程中，放料爪所拾取的硅钢片坯料均能准确地放入模具剪切口位置，同时在长时间连续冲压过程中不发生任何事故，并能保证长时间地稳定运行，且在效率上不能少于 40 片/分钟。
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第 3 章 机械手性能要求解析................11
3.1 原机械手实际运行情况.................11
3.2 各模块实际运行所存在的问题.................13
第 4 章 各部分模块的结构设计.................204.1 放料端拾器与取料端拾器的结构设计...............20
4.2 储料端拾器及卸料板的结构设计................22
第 5 章 设备关键零部件的强度、刚度的分析...............45
5.1 驱动轴的计算分析................45
5.2 丝杆进给装置轴承端盖的分析...............47
第 5 章 设备关键零部件的强度、刚度的分析
5.1 驱动轴的计算分析
在驱动轴的设计过程中，仅计算了该轴运转时的压轴力，未对其强度、刚度等做具体计算，故在 ANSYS workbench 平台下利用静力学模块对其进行分析，考虑到该轴需频繁正反转，同时添加在该模块下添加疲劳工具，对该轴进行疲劳分析。具体步骤如下：在 SolidWorks 三维建模软件下，将驱动轴模型转化成 X-T 格式，导入静力学计算模块，在该轴转矩输入端、输出端和轴承为添加相应的约束和载荷，具体分布如图 5-1 所示，其中约束 Remote Displacement 和 Remote Displacement 2 具体情况如图 5-2 和 5-3 所示，转矩与载荷作用于输出端。
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5.2 丝杆进给装置轴承端盖的分析
在丝杆进给装置中，丝杆连接板端的双角列轴承起轴向定位作用，用以限制丝杆轴承的轴向“窜动”，该部分的结构如图 5-9 所示，轴承孔位在设计时，为使装配简单，与轴承外圈的配合采用基孔制，但在调试过程中由于人为失误，法兰螺母运行至下止点位置时，电机未停止运转，出现了过载情况，端盖发生了塑性变形如图 5-10 所示。为保证传感器等电子元器件失效后该模块的可靠性，故需在 ANSYS Workbench 平台下对其进行强度计算。原材料为 6061，现将内圈加厚后改为 Q235 进行分析，负载为 3KN。
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结论
本项目研发的机械手源于在电机硅钢片生产过程中的实际需求，以及对冲压车间现有设备的自动化升级改造的发展要求，通过对冲压车间的深入了解，和对原有设备的一些列故障做深入分析的同时，研发出了用于电机定子硅钢片上下料的机械手，并在此基础上研发出了本项目所需的柔性程度更高的用于电机转子硅钢片上下料机械手。本文的主要内容为转子片上下料的研发过程，但在各模块设计过程中也对定子硅钢片自动上下料的机械手在研发过程中处理类似的问题的思路进行了详细讲解，本课题所研发的自动上下料机械手，不仅对原开发的机械手做了一些列的改进，同时也大幅降低了制造成本，和装配周期。在工人操作方面更加便捷，大幅缩短了换模后调节时间。在工作效率方面，最高可达 50 次/分钟，可适应压力机改装后的连续冲压次数。由于部分采用模块化的设计方式，在后期维护方面，拆卸和更换零部件非常方便，便于管理人员维护。
参考文献（略）
