随着“中国制造2025”全面实施,作为高端制造装备的高性能多工位冷镦机得到了快速的发展。对比国内外冷镦机换模水平,国外已形成自动化、智能化的成套换模技术,而国内企业通常采用人工换模,这大大降低了冷镦机产品的自动化程度和冷镦机工作效率,制约着我国高端装备制造业的快速发展。本文研发一款与DBP—206L冷镦机相配套的自动换模机械手,解决企业在实际生产中,工人劳动强度大、用工成本高、换模效率低、产品质量不稳定等一系列问题,提高国内冷镦机换模水平,缩短与发达国家之间的差距。首先,分析冷镦机换模工艺流程,总结机械手结构设计功能参数,并针对关键构件进行选型、计算、校核,通过Solid works软件建立机械手的三维模型。在ANASY Workbench软件中,通过修改材料属性、添加约束和边界条件,对机械手模架进行静态特性分析和模态分析,得到模架对应的变形图、应力云图以及模态振型图。通过分析静态特性下的模架变形图、应力云图,验证模架结构的刚强度条件满足设计要求;通过分析模架结构的各阶模态振型图,了解模架结构的动态特性,研究各阶振型对模架结构以及机械手换模精度的影响,避免因结构共振造成的精度低、稳定性差的不良结果,保证机械手较高的换模工作效率和换模质量。基于ANSYS Workbench有限元软件,对机械手模架进行结构优化,提出了用空心方钢结构替代钢板焊接结构的优化方案。通过分析设计变量与模架质量以及应力应变的关系曲线图、设计变量对目标函数敏感度等图像,得出最优样本方案,并验证优化方案的正确性。其次,应用机器人D-H法建立直角坐标机械手的运动学模型,得到机械手末端抓手的空间位置和各轴之间的运动关系;应用拉格朗日法求得机械手的动力学方程,为ADAMS仿真求解各轴方向上的质量、惯性矩、重力矢量提供理论依据。应用SolidWorks2016三维建模软件和ADAMS软件进行联合仿真,求得末端执行气缸和气动手抓在整过换模过程中的位移、速度、加速度随时间变化的曲线图以及机械手各轴向相对应的运动及力矩关系图,对机械手的运动过程进行系统的分析研究。并针对机械手在换模过程中可能存在的抖振现象提出了若干条相应的预防措施,确保整个机械手换模工作的平稳运行。然后,对机械手的换模动作进行详细分析,建立换模机械手的运动路径方程,确定机械手的轨迹规划目标函数和约束条件。结合机械手实际工况,编写基于“穷举法”思想的算法程序,使用MATLAB仿真软件,计算出机械手基于目标函数最优的换模路径,并绘制出换模路径顺序图,指导机械手自动化换模工作。最后,通过分析冷镦机换模机械手的动作要求和运动规律,总结了机械手控制系统的总体设计要求和系统组成;根据机械手控制系统工作流程,设计了气动回路控制系统和PLC电气控制系统,给出了各气缸动作梯形图以及PLC控制系统接线图,设计出换模机械手的人机操作界面系统。