随着塑胶行业的发展,注塑机械手与注塑机的配套使用成为行业发展的必然。注塑机的生产效率在很大程度上取决于注塑机械手的工作效率,当前大多数注塑企业仍然采用气动、单轴注塑机械手,不能很好的适应注塑企业的发展需求,大型注塑企业逐渐将全伺服驱动、多轴注塑机械手应用于企业生产中。基于以上情况的考虑,本文的研究重点是五轴伺服注塑机械手的结构设计及其力学性能分析。相比目前国内常见的注塑机械手,本文所设计的机械手有以下特点：结构设计方面,机械手的横梁、悬臂梁均采用薄壁空心的高强度铝合金材料,轻质高速,噪声更小；机械手的前后臂利用双节倍速的原理,采用内外臂嵌套的方式,既提高了机械手的工作效率又降低了机械手的整体高度；机械手的各轴的运动均采用交流伺服电机与减速器结合的驱动方式,增大了各轴的运动速度,提高了运动的平稳性；机械手的横行、引拔及上下行均采用高扭矩同步带惰轮组传动,代替传统的滚珠丝杠传动,解决了采用齿轮齿条高速运行时的噪声问题,克服了其在转动时易产生共振而磨损加剧的不良影响。力学性能分析方面,利用ANSYS对机械手进行有限元分析,根据分析结果,应用ANSYS的拓扑优化功能改进机械手的结构,提出三种拓扑优化方案,即横梁的结构优化、悬臂梁的结构优化、横梁与悬臂梁的综合结构优化。经分析比较,综合优化方案的减振效果最佳,三个自由度的最大振幅均大幅降低,x方向振幅下降40%,y方向振幅下降87%,z方向振幅下降76%,改善了机械手动态性能,减小了机械手在工作过程中的振动。具体的研究过程如下：首先,根据注塑机械手的工作原理及技术指标,提出设计要求,确定设计方案,依据设计方案,运用SolidWorks进行机械手各部分的结构设计,完成机械手结构设计部分的工作。其次,运用ADAMS对所设计的机械手进行运动学仿真,得出机械手的运动学参数,测试机械手的运动能否满足设计的要求。再次,运用ANSYS软件对机械手进行有限元分析,通过静力学分析,检验机械手的结构刚度是否满足工作要求,通过动力学分析,检验机械手的振动是否符合工作要求。最后,针对有限元分析的结果,应用ANSYS的拓扑优化功能,对所设计的机械手的关键部件进行拓扑优化,提高了机械手的振动特性。最终完成了注塑机械手模型的建立,并验证了模型的合理性,完成了注塑机械手结构的设计工作。