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复合材料切割机械手的设计研究

谢添  
【摘要】:复合材料经过多年的发展,广泛应用于航空、航天、汽车制造、化学工业、医疗等许多领域,针对应用于不同领域的各种复合材料,发展出了各种不同的加工工艺。随着复合材料产品的使用范围愈加广阔,为了提高产品的生产效率和质量,复合材料的自动化加工技术也随之产生并逐渐发展成熟。 机械手历经近50年的发展,成为了制造业生产自动化中十分重要的机电设备,前景光明。首先,伴随现代控制技术的发展,机械手重复精度提高,其定位准确性得到增强。其次,机械手可具有重构化、模块化的机械结构,根据实际需要拼装,实现所对应的功能。再者,随着机电一体化技术的发展,由“可编程控制器、传感器、动作元件”组成的典型的自动化控制系统依然会是主流发展方向,在此系统中,传统的开关控制也将转变为反馈控制,从而进一步提升系统的精度。 本论文的研究重点是碳纤维复合材料加工的机械手设计,机械手臂在复合材料加工中的应用,是近些年发展起来的复合材料自动化成型制造技术之一。包括超声波切割,超声波磨削等。超声波切割具有切口光滑、牢靠,切边准确,’不会变形,不翘边、起毛、抽丝、皱折等优点,应用于复合材料加工领域可解决加工过程中的粉尘问题,保证施工人员健康和设备正常运转。复合材料加工装备中机械手臂的智能化在复合材料后续加工技术中发挥着重要的作用。因此,为了满足我国航空航天工业对复合材料构件制造的需求,研究开发具有我国白主知识产权的复合材料切割机械手臀是非常必要的,也是急需解决的课题。 本文结合相关项目的要求,设计出一种能够实现空间复杂轨迹运动的多自由度关节型机械手,提出多个结构方案并进行对比最终确定,并根据实际工作要求确定机械手具体尺寸及各部件选型,最终完成结构设计。之后利用Pro/ENGINEER软件进行机械手三维建模,并对装配模型进行运动仿真,模拟机械手空载和加工简单曲面的运动情况。之后利用有限元分析软件ANSYS对机械手的大臂和小臂进行了结构静力学分析和模态分析,得出分析结果以确保机构运动过程中的安全性和稳定性。


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