基于某冲压企业的生产实际需求,在企业原有设备的基础上开发一套自动冲压生产系统,对其中的冲压机械手和模具等关键部件进行开发。基于工艺分析完成冲裁自动线关键部件的方案设计,根据冲裁过程的工艺参数优化结果,完成模具结构设计,通过尺度综合模型的优化求解确定机械手的关键技术参数。考虑多约束条件下,利用参数化修正梯形运动规律完成机械手典型轨迹规划,最后通过仿真完成了机械手理论模型的验证及模态实验分析。本文的主要研究成果如下:(1)完成了自动冲压线动作流程的描述及关键部件的开发,通过对生产节拍的预估,自动冲压生产系统相比手工作业方式生产效率提高了两倍以上。(2)通过Deform仿真和试验设计相结合的方法,分析出冲裁间隙、台阶高度和台阶宽度对断面质量有显著性影响。通过响应面法建立了断面质量的预测模型,结合遗传算法完成了预测模型的修正和工艺参数的确定,根据工艺参数优化结果完成了模具结构设计。结果表明修正后的模型对断面质量的预测具有较高的精度,台阶凸模可较大幅度提高光洁率,而对塌角率和冲裁功影响不大。(3)建立机械手的运动学正解和运动学反解模型;以雅克比矩阵代数特征作为运动学评价指标,基于刚体动力学模型,提出惯性项、耦合项和电机全域极限力矩作为动力学评价指标;以机械手的关键参数为设计变量,工作空间和刚度作为约束条件,建立机械手的尺度综合优化模型;借助非支配排序遗传算法完成机构参数优化。优化后机械手的各向同性、非线性及力矩指标有明显改善。(4)考虑电机速度和加速度约束,提出参数化修正梯形的轨迹规划算法,该算法在考虑电机约束条件下,可实现机械手的平滑轨迹规划。利用上述算法完成了机械手的典型轨迹规划,规划结果表明该算法能充分发挥电机的性能,缩短机械手的运行时间。(5)利用有限元软件(Ansys)和ADAMS完成了机械手的动、静态特性分析。静力学分析表明机械手的位移、应力和应变符合要求,刚体动力学分析结果与理论模型分析结果一致,刚柔耦合动力学分析确定了机械手的固有频率。