冲床自动送料机械手论文课题简介

冲床自动控制机械手设计

1.课题背景

近几年，我国冲压加工技术发展很快，在机械加工中占的比重不断增加，冲压产业已经进入结构调整向深度发展时期，手工送料的冲压加工生产由于存在效率、速度、精度、安全等方面的一系列问题，已逐步被自动送料机构所取代。依靠低劳动力成本的时代已经结束，由劳动密集型升级到技术密集型，实现冲压的自动化高效生产才是冲压行业未来发展的必然趋势。

发达工业国家面向汽车、电器、电子等行业，一方面，为了发展出更为高效和高集成度的冲压自动化线，利用档次高数量少的冲压设备来生产复杂制件，例如，１台宽台面多工位冲床价格竟高达６０００万人民币，非常昂贵；另一方面，在冲压生产线上大量配置多自由度的工业搬运机器人，这在汽车的大型覆盖件生产线已经上很普及，但用于一般企业的冲压生产来说，价格也是十分昂贵并且效率不高。由此导致第３种新兴的方式：利用快速搬运机械手自动上下料，进而实现多台压力机的联线自动化生产，高效并节省人工，本项目就属于此种，它尤其适用于我国冲压生产企业使用中低档设备进行大批量生产的实际状况。

2.本课题的研究价值

近些年，我国冲压技术发展很快，在机械加工中占的比重不断增加，冲压产业已经进入结构调整箱深度发展的时期，手工送料的冲压加工生产攒在效率、速度、精度、安全等方面的一系列问题，已经逐步被自动送料机所取代。

当前国内冲压行业面对企业转型和技术升级，一方面对自动化生产有着迫切的需要，另一方面，希望充分利用企业现有冲压设备的巨大存量资产，以升级改造后的设备替代和减少购置新设备，起到事半功倍的效果。因此应用信息化技术对现有冲压设备进行改造，配合快速送料机械手使之升级为自动化冲压生产线，称为目前条件下冲压行业企业实现技术升级的最佳选择。因此本论文冲床自动送料机械手设计有着重要的前景和意义。

同时，也可以培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学生的知识；培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程序规范和方法；培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力；培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人和技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。

3.课题研究的相关背景

自动冲压生产线中常用的送料机械手主要有以下几种形式：

1、传统冲压生产线。早期的冲压自动生产线，由数台单动机械压力机组成，两者之间装有机械手，设置一个工位，可带工件翻转装备，采用人工或机械的上下料方式，组成机械化或半机械化流水生产线。在我国，90%的现存生产线属于这一阶段的产品。

2、柔性自动化送料机构。适用于大批量且工步数不变的固定化生产的生产，不适于多种小批量的产品生产。

3、多自由度送料机器人。机器人和穿梭小车式自动化输送系统是自动冲压

生产线中最常见的结构形式。目前，国内自动冲压生产线无论是国产还是进口，其自动化输送系统都是基于此种形这种机器人稳定性高，但价格昂贵、速度较慢。

4、快速送料机械手。近十年来，冲压生产线的机械手快速送料系统（图３）逐渐在发达工业国家中小型企业得到应用，此类机械手送料系统既具有较快的送料速度，又易于与不同冲压设备耦合组成冲压生产线，适用面宽，但是价格昂贵，维修不方便，中国一般企业难以接受。

由以上四种自动冲压生产线的弊端，设计一种符合中国生产实际，且价格便宜，维修方便的冲床自动送料机械手有着广泛的市场。

4.本课题研究内容及解决手段

目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机械手共性技术的研究，并朝着智能化和多样化的方向发展，主要研究内容集中在以下几个方面：

(1)根据设计要求及原始数据，进行机械手抓取机构设计；

(2)进行液压系统原理设计，并画草图；

(3)进行机座机身的结构设计；

(4)研究机械手的定位及平稳性；

(5)研究机械手的控制方式。

5.控制系统组成及方案比较

在设计中通过分析冲床的工作方式可以发现：冲头带动模具的动作是垂直于地面的，而钢板在模具上的移动则是水平方向的。因此，所设计的数控送料系统应该是一套“平面两坐标点位数字控制单元”。即：冲床的冲压原理不变，不同的是利用控制部分控制冲头的往复运动，即上冲模往复动作的起停和被加工金属板料的规则X、Y 向进给送料运动，并能使这两个动作协调，即实现冲压与送料动作的同步控制。

由于数控送料系统采用的是自动化操作模式，其控制部分应该由计算机构成。该计算机可以是单板机、可以是单片机、可以是工业控制微型计算机，也可以是PLC 可编程序逻辑控制器。这几种控制计算机各有优缺点。

单板机是将CPU、一定容量的ROM和RAM、输入/输出端口以及一些辅助电路分别制作成集成电路芯片，并将它们配置在一块印刷电路板上，用电缆线和外部设备直接联接起来。例如TP-801 是以八位微处理器Z-80 为核心组装的8 位单板机，SDK-86 是以十六位微处理器Intel8086 为核心组装的16位单板机。它可以完成简单的数据处理和编辑功能。使用单板机作系统的控制核心的优点是价格便宜，性能稳定性相对较高，但其功能有限，无法实现比较复杂的控制算法。并且系统一旦构成，很难按实际需要作进一步的功能扩展。再有就是其技术也相对落后，基本上目前国内和国外数控系统中已经很少有人选用单板机作为主要控制部件了。

单片机是在一块集成电路芯片上装有CPU、RAM、ROM和I/O接口电路，使其成为具备一般微型计算机的基本功能的微处理芯片。以此芯片为核心，配以A/D转换芯片、D/A转换芯片、并行接口芯片、串行接口芯片等，构成一个可扩展功能的，具有较强通用性的控制系统。单片机系统的优点是集成度高、体积小、重量轻、能耗低、价格便宜、使用方便[31]。但是限于国内电子元件质量通常无法达到设计要求，因而其可靠性、稳定性和抗干扰能力都大受影响，若全部采用进口元器件，系统成本将大大提高。再有一个需要考虑的实际情况是单片机系统的开