SolidWorks有限元在冲压机械手机械设计中的应用

作者：韩 燕

来源：《农业开发与装备》 2017年第12期

摘要：当前的社会背景下，科学技术发展步伐不断加快，各个领域的运作和发展过程中，都已经意识到引入先进技术手段的重要性，可提高生产效率，也可获取更高的经济效益。基于此，针对SolidWorks有限元在冲压机械手机械设计中的应用方式进行了相应的分析和探讨，提出了自己的见解和思考。

关键词：SolidWorks；冲压机械手；有限元；应用

0 引言

冲压机械手是机器人通过机械运作模拟人手完成动作的部件支撑，也是极其关键的执行机构，现阶段，橡胶行业、汽车零部件以及电子行业中都广泛的应用冲压机械手设计理念，本文首先针对其运动学基本原理进行分析，而后探讨了SolidWorks的运动仿真和有限元的应用方式，以下为详述。

1 运动学基本原理

它的运动轨迹类似于空间范围内平移和旋转的有机结合，在矩阵之上存在一个4×4的矩阵，其中的3×3可用来对旋转运动轨迹予以描述，另一个则对3×1的平移运动轨迹予以描述。在SolidWorks之内，保证机械构件可以围绕着某一个运动轨迹高效运转，这样的运转方式实则较为困难。

笔者对冲压机械手的运动学原理进行分析，可归纳为：构件围绕坐标系X轴旋转，而后将其变更为空间任意轴u轴。值得一提的是，在此坐标系之内，其中的X/Y/Z三轴都处于被固定的状态之下，u轴为已知轴，坐标系中可找寻某个向量n，保证它和u轴之间的关系为垂直状态，并不会和u轴、z轴重合，这时的x轴会围绕n向量旋转，这一过程中的角度相同，最后使它和u轴交叉，获取动坐标轴数据，再围绕y轴旋转。

2 冲压机械手建模

在对冲压机械手的运动学原理基本了解后，可初步认知冲压机械手内部所涉包含的零件和建模，以此为基础，笔者细致分析了虚拟样机的装配程序，主要可以归纳为以下五个按步骤。

其一，对基准平面合理选择，结合冲压机械手零部件的实际尺寸和结构等信息，创建不同零部件的平面设计初稿。

其二，运用命令的方式，借助旋转、切除、拉伸或是扫描等方式，确定每个零件的基本特点和具体轮廓。

其三，通过圆角、加强筋或是倒角等方式，完成冲压机械手的局部构造。

其四，对冲压机械手的主要零构件进行建模，结合每个零部件之间的关系完成装配工作，借助SolidWorks有效完成模块的组装任务。

其五，使得建模工作更为精准，保证每个建模之间的配合度，逐步构建冲压机械手的虚拟样机[1]。

3 SolidWorks运动仿真和有限元的分析

3.1 运动仿真

笔者着重分析了SolidWorks仿真建模流程，主要可分为以下几个环节。

其一，选用SolidWorks之内的Simulation插件，而后构建新的算例，一般都会设置为静态形式，选材工作中将会涉及结构、材料或是荷载等内容。

其二，材料的设定，借助用户自定义的内容和实际需求，使得零件的选用更为合理和科学，充分考虑力或是压力等各类因素。

3.2 有限元探讨

完成SolidWorks冲压机械手仿真建模以后，将会进行有限元的分析环节，分析过程中，需要做好网络划分，并合理择选运行模块，使得网络模块的划分更为科学，借助计算机的作用，或可通过人工设定的方式，完成零件网络的有效划分工作[2]。

笔者则根据设计完成的冲压机械手的受力特征，设定零件的网络划分程度，在有限元的分析基础上，使得运行模块程序运行更加顺利，在此过程中，也应当细致分析观察结果，其中包含最小安全系数、变形情况和应力情况等各项指标，最终完成后处理工作。

在有限元分析工作完成以后，还应对最终的结果进行再次分析，从而得出冲压机械手所对应的状况分布图、震动情况图和应力分布图等等，与此同时，还可在计算机技术手段的应用基础上，运用动画的形式，全方面显示应力和变形情况，而后结合这些分析结果，生成eDrawing和HTML报表，从中获取有利的冲压机械手的运行数据参数，针对不合理的数据信息，及时定位并加以完善，提升冲压机械手的应用性能，减少事故发生几率，在此过程中，可选用冲压机械手的机械手支座[3]。

针对上述的有限元分析结果和相似参数进行分析和汇总，从冲压机械手的设计角度着手，找寻设计冲压机械手段中存在的故障因素，以此来逐渐修正设计方案中的不足。尤其在应力分析环节之后，SolidWorks Simulation插件中的许多零件的最小安全系数将会有所体现，这时就会为设计者带来许多的数据信息支持，相应提高冲压机械手的设计合理性和科学性。

4 结语

综上所述，本文首先针对冲压机械手的运动学原理进行了相应的阐述和分析，以此为基础，又对设计的冲压机械手中的SolidWorks应用方式进行浅要探讨，在此过程中，笔者建议可借助有限元分析的方式，获得冲压机械手的应力分布图和状况分布图，通过数据参数的分析途径，利用信息技术完成动画演示工作。

参考文献

[1] 台三鹏.SolidWorks有限元在冲压机械手机械设计中的应用[J].内燃机与配件，2017，15（24）：44-45.

[2] 邹浙湘，王倩，温开元，等.汽车冲压件专用机床的经济型自动送料机械手研究[J].起重运输机械，2017，24（2）：27-31.

[3] 赵辉翔.基于厚壁封头冲压成形装备的方案设计及主机结构分析[D].兰州交通大学，2016.