喷嘴环导流叶片是可变截面涡轮增压器的一个关键部件,其加工精度直接影响到涡轮增压器的工作性能。对于喷嘴环叶片的磨削加工,国内由于起步较晚尚无此类专用设备的生产厂家,这从很大程度上限制了涡轮增压技术的普及,针对该叶片设计研制一台加工精度较高的专用磨削设备显得极为迫切。与此同时,随着现代社会的高速发展和自动化程度的不断提高,机械加工过程中的手动上下料等传统作业模式已经不能满足生产要求,由自动化设备代替人工为机床上下料已成为必然。基于以上现状,本文旨在针对喷嘴环单柄叶片的磨削加工设计一套专用自动化设备,它包括叶片的磨削部件和上下料机械手两部分。在完成方案和结构设计的基础上,将上下料机械手作为主要对象进行分析研究,以保证其在满足使用要求的前提下具有良好的静动态特性。具体研究内容如下:(1)通过分析喷嘴环单柄叶片的材料和结构特点,确定其磨削工艺方案,进而完成专用磨削设备的总体方案及各部件方案设计。(2)针对该专用设备的关键零部件进行结构设计和选型计算,运用SolidWorks建立其三维模型;然后以该设备的外圆磨削部件为研究对象,建立几何误差模型和精度分配优化目标函数,使用Matlab遗传算法对各误差参数的经验值进行优化,为确定各运动部件的精度要求提供理论指导。(3)对上下料机械手进行运动学分析和路径规划,然后运用Adams对其进行运动学和动力学仿真分析,进一步验证所规划的机械手运动轨迹,同时对电机和减速器选型的合理性进行检验和修正。(4)运用Workbench对机械手进行模态分析和瞬态动力学分析,得到其在上下料过程中所受应力、应变的变化情况。结果表明,所设计机械手具有较好的动态特性,强度和刚度均在合理范围之内,可对部分零件进行优化设计。(5)综合运用Workbench中的拓扑优化和尺寸优化模块对机械手大、小臂进行结构优化。优化后,机械手的质量及运动惯量均有所减小,使得其动力学性能得以改善。