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机械手开题报告（精选5篇）
我们眼下的社会，报告不再是罕见的东西，我们在写报告的时候要注意涵盖报告的基本要素。为了让您不再为写报告头疼，下面是小编帮大家整理的机械手开题报告，仅供参考，大家一起来看看吧。
机械手开题报告 1
机械手是近几十年发展起来一种高科技自动化生产设备，它对稳定、提高产品质量、提高生产效率、改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用，随着工业机械化和自动化的发展以及气动技术自身的一些优点，气动机械手已经广泛应用在生产自动化的各个行业。本文就气动机械手的应用现状和发展前景作了简单概述。扩展我们的知识面和专业面，可以加强对自己的思维训练和能力培养，还可以填补空白，提高生产效率，很大的现实意义。
关键词：气动机械手；研究方向；发展趋势
1.机械手国内外发展现状
工业机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。工业机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高温等恶劣环境中工作：代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前主要应用与制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。工业机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统和计算机集成制造系统，实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。
工业机械手是在第二次世界大战期间发展起来的，始于40年代的美国橡树岭国家实验室的搬运核原料的遥控机械操作手研究，它是一种主从型的控制系统。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。它的结构是：机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的；1962年，美国联合控制公司在上述方案的基础上，又试制成一台数控示教再现型机械手。运动系统仿造坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩，用液压驱动；控制系统用磁鼓做储存装置。不少球面坐标式机械手就是在这个基础上发展起来的；同年该公司和普曼公司合并成为万能制动公司，专门生产工业机械手。1962年美国机械铸造公司也实验成功一种叫Versatran机械手，原意是灵活搬运，可做点位和轨迹控制：该机械手的中央立柱可以回转、升降、伸缩，采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这2种机械手出现在六十年代初，但都是国外机械手发展的基础。从60年代后期起，喷漆、弧焊工业机器人相继在生产中开始应用。1978年美国Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制出一种Unimation—Vic.arm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业。联邦德国机器制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业：联邦德国Kuka公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制；日本是工业机器人发展最快，应用国家最多的国家，自1969年从美国引进两种典型机械手后，开始大力从事机械手的研究，目前以成为世界上工业机械手应用最多的国家之一。前苏联自六十年代开始发展应用机械手，主要用于机械化、自动化程序较低、繁重单调、有害于健康的辅助性工作。
我国工业机械手的研究与开发始于20世纪70年代。1972年我国第一台机械手开发于上海，随之全国各省都开始研制和应用机械手。从第七个五年计划（1986-1990）开始，我国政府将工业机器人的发展列入其中，并且为此项目投入大量的资金，研究开发并且制造了一系列的工业机器人，有由北京机械自动化研究所设计制造的喷涂机器人，广州机床研究所和北京机床研究所合作设计制造的点焊机器人，大连机床研究所设计制造的氩弧焊机器人，沈阳工业大学设计制造的装卸载机器人等等。这些机器人的控制器，都是由中国科学院沈阳自动化研究所和北京科技大学机器人研究所开发的，同时一系列的机器人关键部件也被开发出来，如机器人专用轴承，减震齿轮，直流伺服电机，编码器，DC——PWM等等。
我国的工业机械手发展主要是逐步扩大其应用范围。在应用专业机械手的同时，相应的发展通用机械手，研制出示教式机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。可以将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不用的典型机构，组装成各种用途的机械手，即便于设计制造，又便于跟换工件，扩大了应用范围。
2.机械手构成与分类机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。
手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。
机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。
3.气动机械手的应用现状
由于气压传动系统使用安全、可靠，可以在高温、震动、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣环境下工作”’。而气动机械手作为机械手的一种，它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。所以，气动机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工，食品和药品的包装、精密仪器和军事工业等。
现代汽车制造工厂的生产线，尤其是主要工艺的焊接生产线，大多采用了气动机械手。车身在每个工序的移动；车身外壳被真空吸盘吸起和放下，在指定工位的夹紧和定位；点焊机焊头的快速接近、减速软着陆后的变压控制点焊，都采用了各种特殊功能的气动机械手。高频率的点焊、力控的准确性及完成整个工序过程的高度自动化，堪称是最有代表性的气动机械手应用之一。
在彩电、冰箱等家用电器产品的装配生产线上，在半导体芯片、印刷电路等各种电子产品的装配流水线上，不仅可以看到各种大小不一、形状不同的'气缸、气爪，还可以看到许多灵巧的真空吸盘将一般气爪很难抓起的显像管、纸箱等物品轻轻地吸住，运送到指定目标位置。对加速度限制十分严格的芯片搬运系统，采用了平稳加速的SIN气缸。
气动机械手用于对食品行业的粉状、粒状、块状物料的自动计量包装；用于烟草工业的自动卷烟和自动包装等许多工序。如酒、油漆灌装气动机械手；自动加盖、安装和拧紧气动机械手，牛奶盒装箱气动机械手等。
4.发展前景及方向
4.1重复高精度
精度是指机器人、机械手到达指定点的精确程度，它与驱动器的分辨率以及反馈装置有关。重复精度是指如果动作重复多次，机械手到达同样位置的精确程度。重复精度比精度更重要，如果一个机器人定位不够精确，通常会显示一个固定的误差，这个误差是可以预测的，因此可以通过编程予以校正。重复精度限定的是一个随机误差的范围，它通过一定次数地重复运行机器人来测定。随着微电子技术和现代控制技术的发展，以及气动伺服技术走出实验室和气动伺服定位系统的成套化。气动机械手的重复精度将越来越高，它的应用领域也将更广阔，如核工业和军事工业等。
4.2模块化
有的公司把带有系列导向驱动装置的气动机械手称为简单的传输技术，而把模块化拼装的气动机械手称为现代传输技术。模块化拼装的气动机械手比组合导向驱动装置更具灵活的安装体系。它集成电接口和带电缆及气管的导向系统装置，使机械手运动自如。由于模块化气动机械手的驱动部件采用了特殊设计的滚珠轴承，使它具有高刚性、高强度及精确的导向精度。优良的定位精度也是新一代气动机械手的一个重要特点。模块化气动机械手使同一机械手可能由于应用不同的模块而具有不同的功能，扩大了机械手的应用范围，是气动机械手的一个重要的发展方向。
智能阀岛的出现对提高模块化气动机械手和气动机器人的性能起到了十分重要的支持作用。因为智能阀岛本来就是模块化的设备，特别是紧凑型CP阀岛，它对分散上的集中控制起了十分重要的作用，特别对机械手中的移动模块。
4.3无给油化
为了适应食品、医药、生物工程、电子、纺织、精密仪器等行业的无污染要求，不加润滑脂的不供油润滑元件已经问世。随着材料技术的进步，新型材料（如烧结金属石墨材料）的出现，构造特殊、用自润滑材料制造的无润滑元件，不仅节省润滑油、不污染环境，而且系统简单、摩擦性能稳定、成本低、寿命长。
4.4机电气一体化
由“可编程序控制器-传感器-气动元件”组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面；发展与电子技术相结合的自适应控制气动元件，使气动技术从“开关控制”进入到高精度的“反馈控制”；省配线的复合集成系统，不仅减少配线、配管和元件，而且拆装简单，大大提高了系统的可靠性。
而今，电磁阀的线圈功率越来越小，而PLC的输出功率在增大，由PLC直接控制线圈变得越来越可能。气动机械手、气动控制越来越离不开PLC，而阀岛技术的发展，又使PLC在气动机械手、气动控制中变得更加得心应手。
5.课题研究的目的、意义：
在机械工业中，应用机械手的意义可以概括如下：
一、以提高生产过程中的自动化程度
应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。
二、以改善劳动条件，避免人身事故
在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。
在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。
三、可以减轻人力，并便于有节奏的生产
应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都没有机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。
综上所述，有效的应用机械手，是发展机械工业的必然趋势。
机械手开题报告 2
1.设计（或研究）的依据与意义
十字轴是汽车万向节上的重要零件，规格品种多，需求量大。目前，国内大多采用开式模锻和胎模锻工艺生产，其工艺过程为：制坯→模锻→切边。生产的锻件飞边大，锻件加工余量和尺寸公差大，因而材料利用率低；而且工艺环节多，锻件质量差，生产效率低。
相比之下，十字轴冷挤压成形的具有以下优点：
1、提高劳动生产率。用冷挤压成形工艺代替切削加工制造机械零件，能使生产率大大提高。
2、制件可获得理想的表面粗糙度和尺寸精度。冷挤压十字轴类零件的精度可达ITg---IT8级，表面粗糙度可达Ra0．2～1．6。因此，用冷挤压成形的十字轴类零件一般很少再切削加工，只需在要求特别高之处进行精磨。
3、提高零件的力学性能。冷挤压后金属的冷加工硬化，以及在零件内部形成合理的纤维流线分布，使零件的强度高于原材料的强度。
4、降低零件成本。冷挤压成形是利用金属的塑性变形制成所需形状的零件，因而能大量减少切削加工，提高材料的利用率，从而使零件成本大大降低。
2.国内外同类设计（或同类研究）的概况综述
利用切削加工方法加工十字轴类零件，生产工序多，效率低，材料浪费严重，并且切削加工会破坏零件的金属流线结构。目前国内大多采用热模锻方式成形十字轴类零件，加热时产生氧化、脱碳等缺陷，必然会造成能源的浪费，并且后续的机加工不但浪费大量材料，产品的内在和外观质量并不理想。
采用闭式无飞边挤压工艺生产十字轴，锻件无飞边，可显着降低生产成本，提高产品质量和生产效率：
（1）不仅能节省飞边的金属消耗，还能大大减小或消除敷料，可以节约材料30%；由于锻件精化减少了切削加工量，电力消耗可降低30%；
（2）锻件质量显着提高，十字轴正交性好、组织致密、流线分布合理、纤维不被切断，扭转疲劳寿命指标平均提高2~3倍；
（3）由于一次性挤压成型，生产率提高25%.
数值模拟技术是CAE的关键技术。通过建立相应的数学模型，可以在昂贵费时的模具或附具制造之前，在计算机中对工艺的全过程进行分析，不仅可以通过图形、数据等方法直观地得到诸如温度、应力、载荷等各种信息，而且可预测存在的缺陷；通过工艺参数对不同方案的对比中总结出规律，进而实现工艺的优化。数值模拟技术在保证工件质量、减少材料消耗、提高生产效率、缩短试制周期等方面显示出无可比拟的优越性。
目前，用于体积成形工艺模拟的商业软件已有“Deform”、“Autoforge”等软件打入中国市场。其中，DEFORM软件是一套基于有限元的工艺仿真系统，用于分析金属成形及其相关工业的各种成形工艺和热处理工艺。DEFORM无需试模就能预测工业实际生产中的金属流动情况，是降低他的制造成本，缩短研发周期高效而实用的'工具。二十多年来的工业实践清楚地证明了基于有限元法DEFORM有着卓越的准确性和稳定性，模拟引擎在大金属流动，行程载荷和产品缺陷预测等方面同实际生产相符保持着令人叹为观止的精度。
3.课题设计（或研究）的内容
（1）完成十字轴径向挤压工艺分析，完成模具总装图及零件图设计。
（2）建立十字轴径向挤压成形模具的三维模型。
（3）十字轴径向挤压成形过程数值模拟。
（4）相关英文资料翻译。
4.设计（或研究）方法
（1）完成十字轴径向挤压成形工艺分析，绘制模具总装图及零件图。
（2）建立十字轴径向挤压成形模具的三维模型。
（3）完成十字轴径向挤压成形过程数值模拟。
（4）查阅20篇以上与课题相关的文献。
（5）完成12000字的论文。
（6）翻译10000个以上英文印刷符号。
5.实施计划
04-06周：文献检索，开题报告。
07-10周：进行工艺分析、绘制模具二维图及模具三维模型设计。
11-13周：进行数值模拟。
14-16周：撰写毕业论文。
17周：进行答辩。
机械手开题报告 3
一、本课题的目的及意义，研究现状分析
1.目的和意义
液压机(又名：油压机)利用帕斯卡定律制成的利用液体压强传动的机械。油压机由主机及控制机构两大部分组成。油压机主机部分包括机身、液压缸及充液装置等。动力机构由油箱、高压泵、低压控制系统、电动机及各种压力阀和方向阀等组成。动力机构在电气装置的控制下，通过泵和油缸及各种液压阀实现能量的转换，调节和输送，完成各种工艺动作的循环。
液压机作为一种通用的无屑成型加工设备，其工作特点一是动力传动为“柔性”传动，不像机械加工设备一样动力传动系统复杂，这种驱动原理避免了机器过载的情况;二是液压机的拉伸过程中只有单一的直线驱动力，没有“成角的”驱动力，这使加工系统有较长的生命期和高的工件成品率。
液压机因具有结构简单、工艺适应性强、环境污染小等其他设备不可替代的性能特点，被广泛应用于汽车制造、航空航天、国防、电力电子、塑料、机械、冶金和轻工等国民经济的各个领域。影响液压机质量的因素很多，其中液压机本体的设计水平起着重要的作用。液压机本体是液压机的重要组成部分，其重量约占整机重量的60%以上。液压机本体的设计水平，对液压机的制造成本、技术性能和使用寿命有着决定性的影响。我国液压机本体的设计水平还比较落后，研究关于液压机本体的设计方法，对提高我国液压机的整体设计水平、增强相关企业的生存和发展能力具有重要的现实意义。
通过对本课题的设计，可进一步加深对所学基础理论、基本技能的理解与运用，并逐步系统化;可培养独立工作、解决问题的能力，进而达到培养独立获取新知识的能力;通过文献检索等基本技能的训练，掌握撰写技术报告的能力;通过设计过程的训练，培养刻苦钻研的科学态度及团队协作能力，为以后工作时的产品开发、技术改进打下坚实基础，在将来的实际生产中灵活处理质量、生产率和成本之间的关系，能获得良好的经济效益。
2.研究现状
在我国，液压行业已形成了门类齐全，有一定生产能力和技术水平，初具规模的生产科研体系。目前全国约有近300家企业，还有液压研究室(所)，国家级液压元件质量监督检测中心以及国家重点实验室。我国液压工业重视同国外企业进行有效的经济和技术合作，近年来先后从国外引进了很多液压元件和液压系统等制造技术，为提高产品水平和生产能力起了重要作用。目前已和美国、日本、德国共同建立了某些合资企业，这些企业将推动我国液压工业的发展。
在国外，液压工业的发展速度高于机械工业。为了满足用户的需要，主机品种日益增多，产品更新速度加快，相应要求液压元件增加品种，实现多样化，因而液压件属于大批量生产的产品相对减少，大部分属于成批或小批生产。为适应这种动向，国外生产方式也有所变化。
国内、外有些厂家采用可编程控制器控制方式，如天津锻压机械厂有近54%的产品装有pm。通过采用pth控制，使系统的控制性能和可靠性大大提高。丹麦的红血们公司采用siemnes的可编程控制器，实现对压力和位移的控制。而与国外发展情况相比，国内极少有采用工业控制机控制方式的产品，成熟的产品是采用可编程控制器的控制方式。
3.液压机技术的发展趋势
走向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。主要的发展趋势将集中在以下几个方面：(1)减少能耗，充分利用能量;(2)泄漏控制;(3)污染控制; (4)主动维护，提高故障诊断水平;(5)机电一体化;(6)液压cad技术。
二、本课题的基本任务、拟解决的主要问题，及其实现途径、方法和手段
1.基本任务
设计是从液压机的性能和动作要求入手，并以国内的质量和技术性能接近设计要求的液压机为基础，研究国外的'先进机床，设计一液压机满足设计参数要求，该液压机可用作折边机或成型机，也可用于成型材料的压制翻边，以及粉末制品、塑料、玻璃钢、绝缘材料橡胶等的压制成型。为完成一般的压制工艺，要求液压缸能实现“快速下行—慢速加压—保压—快速回退”的工作循环。
2.要解决的主要问题
(1)液压机的机械结构设计，内容包括：总体结构设计、挤压结构设计及计算、机架结构设计及计算
(2)液压机液压系统设计，内容包括：液压系统方案设计、液压系统的参数计算、液压元件的选择、液压系统性能验算
3.实现途径、方法和手段
(1)液压机的机械结构设计：收集、查阅典型的液压机机械结构，到实验室进行测绘，根据现有的液压机尺寸进行类比设计。
(2)液压机液压系统设计：首先通过资料收集、查阅熟悉国内外通用液压机的原理及典型结构，然后根据设计参数及要求初步拟定设计方案，确定液压泵的类型及调速方式，选用执行元件，通过对常用的基本回路进行分析比较后利用类比的方法来最后确定液压系统原理图。利用相关手册完成液压系统参数计算，液压元件的选择等设计内容。
三、完成本课题所需工作条件(如工具书、计算机、实验、调研等)，可能遇到的问题以及解决的方法和措施
1.所需要的工作条件
(1)工具书，如《机械设计手册》、《中小型液压机设计计算》等
(2)计算机及相关软件。autocad软件、西门子s7-300plc应用软件等。
(3)网络资源
2.可能遇到的问题
(1)对软件的使用不够熟练，有些功能不会使用。
(2)因缺乏经验，在设计过程中有些问题处理不当。
(3)缺乏与设计相关的参考资料。
3.解决的方法和措施
(1)经常进行软件操作来熟悉软件功能。
(2)虚心向老师和同学请教解决部份问题。
(3)通过图书馆借阅或购买相关的参考书籍、资料。
(4)借助网络资源获得相关资料及参考材料。
四、已查阅参考文献目录
[1]天津市锻压机床厂.中小型液压机设计计算[m].天津：天津人民出版社，1977
[2]俞新陆.液压机[m].北京：机械工业出版社，1982
[3]杨培元，朱福元.液压系统设计简明手册[m] .北京：机械工业出版社，1994
[4]许福玲陈尧明.液压与气压传动(第三版)[m].北京：机械工业出版社。
[5]王文斌.机械设计手册(第三版)[m].北京：机械工业出版社。
[6]濮良贵纪名刚.机械设计(第八版)[m].北京：高等教育出版社。
[7]成大先.机械设计手册(第五版)[m].北京：化学工业出版社。
[8]周世昌.液压系统设计图集[m].北京：机械工业出版社，8-52
[9]廖常初.大中型plc编程及应用[m].北京：机械工业出版社。
[10]冯太合.西门子s7-300系列plc及应用软件step7[m].广州：华南理工大学出版社。
五、进程安排
序号时间要求应完成的内容(任务)提要
1、20xx年3月8日-20xx年3月26日调研、收集资料，熟悉课题内容，完成开题报告
2、20xx年3月29日-20xx年4月2日毕业设计论证、开题
3、20xx年4月3日-20xx年4月16日液压机总体结构设计、挤压结构设计及计算，绘制主要零部件图
4、20xx年4月19日-20xx年4月23日机架结构设计及计算，绘制液压机装配图
5、20xx年4月26日- 20xx年5月7日液压机液压系统设计，绘制液压系统原理图
6、20xx年5月10日-20xx年5月14日液压机控制系统设计，编写、调试plc程序
7、20xx年5月17日-20xx年5月21日中期检查，填写中期检查表
8、20xx年5月24日-20xx年5月28日编写、调试plc程序
9、20xx年5月31日-20xx年xx月xx日整理资料，编写设计说明书
10、20xx年6月7日-20xx年6月11日提交初稿、修改、定稿及打印
11、20xx年6月14日-20xx年6月18日答辩前准备
12、20xx年6月21日-20xx年6月25日毕业设计答辩
机械手开题报告 4
课题名称：MK2110数控磨床模拟与床身优化设计
课题背景：(标题按小四黑体)
随着全球经济一体化的形成，整个机床行业的市场竞争必将愈演愈烈。目前，国内机床产品的技术水平还相对落后，就设计方法而言，尚处于经验、静态和类比的传统设计阶段，对动力学模拟和结构动态特性考虑得不多，动态优化软件使用率也相对较低。新产品开发缺少结构动力学建模和优化的动态设计方法，就很难提高机床质量和生产效率。中国的机床制造行业的形势将变得更为严峻，将面临更为强大的竞争对手，如果我们的机床制造企业还没有先进的设计制造手段作为技术支撑，仍然抱着传统的设计方法不放，那么靠什么与对手竞争?如何在国外高档机床大举进攻中国市场的严峻形势下，保留住中国机床原有的半壁江山?然而可喜的是，国内己有许多制造企业和科研院所认识到了这一点，高档机床的设计制造是战略行业，中国不能在这种行业上受制于人，必须加快先进动态设计技术向具体产品开发的应用转移。东南大学、天津大学和昆明理工大学等高校在这方面己进行了研究，取得了一定的成果。为此，本毕业设计以MK2110数控磨床的数学模型为基础，着重对磨床的动力学和床身的结构优化设计进行了细致的研究。(小四宋体)
课题内容：
1.提出：对于高速磨床来说，磨削精度是影响磨削质量的关键因数，而电主轴芯在磨削过程中的运动变形又是影响磨削精度(如表面磨削波纹等)的重要因素。用传统的刚性体来模拟电主轴芯的运动难以精确地模拟实际工况下变形情况，若不考虑柔性体的影响，将会存在很大的误差。所以，有必要用柔性体代替刚性体对电主轴芯进行动力学。磨床床身是磨床的重要基础件，起着支撑工件、工作台、床头箱和内圆磨削装置关键部件的作用。它的动态特性和静态特性直接影响磨床的加工精度和工件的表面粗糙度，关系到磨床是否能安全可靠的工作及整机的使用寿命。因此有必要了解床身结构本身具有的刚度特性和动态特性，对其进行优化设计，以提高磨床整体的动静态性能。
2.解决方法：虚拟样机技术是在设计阶段就对设计的产品进行性能测试，从而使生产出来的产品最大可能的满足设计目标。通过运用ADAMS软件对刚性体和柔性体模型整体进行动力学仿真。运用有限元ANSYS软件对床身进行静刚度分析和模态分析，通过改变床身内部筋板布局对其进行结构优化。有限元(Finite Element Analysis)的核心思想是结构的离散化，就是将实际结构假想地离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的'物理性能可以通过对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的分析。
3.设计内容：针对该磨床进行力学分析，应用动力学分析软件ADAMS进行工作状态下运动学与动力学模拟分析，并应用有限元软件ANSYS进行静刚度分析、模态分析和结构优化。其中静刚度分析主要是研究磨床床身在固定载荷的作用下的变形及应力状况，这对掌握机床的机械特性大有帮助;其次，床身结构的动态特性是影响磨床产品性能的关键因素之一，而研究其动态特性的方法主要是进行模态分析，主要内容是确定磨床床身的震动特性既固有频率和主振型，它们是承受动载荷的重要参数;最后是通过改变磨床床身内部筋板布局，分析各布局的动静态特性，进行结构优化。
课题意义：
建立一个真正反映结构系统动态特性的磨床动力学模型，仅仅是进行结构动态优化设计的先决条件，而不是最终的目的。动态设计的最终目的，是利用系统的动力学模型以期获得一个具有良好的静、动态性能机床结构产品设计方案。通过对磨床进行力学分析，应用动力学分析软件ADAMS进行工作状态下运动学与动力学模拟分析，通过虚拟试验和测试，在产品开发阶段就可以帮助设计者发现设计缺陷，并提出改进方案。应用有限元分析ANSYS，对床身进行静力学分析和模态分析，可以通过变形云图，查看结构的薄弱环节以及结构固有频率，通过对薄弱环节的分析，提出解决方案，优化结构。
文献综述
国内外研究现状：
目前，磨床的动特性分析主要以有限元法为主，随着计算机技术的发展，普遍采用通用的工程有限元软件进行建模、优化与仿真计算，所建的模型由试验数据进行修正。我国机床工业至今仍与国外存在着技术上的差距，不少国外机床在样本中标明他们的床身、立柱等基础件经过了有限元分析，因而具有优异的动、静刚度、热变形等性能，但我国的机床样本中做的很少。不过我国高校、研究所等单位已经拥有了这方面的技术资源。
美国Catholic大学GBiabchi等进行了机床的动态设计与控制相结合的研究，Michigan大学的T.Jiang和M.Chiredast在应用有限元法和动态分析的基础上，利用数学模型来模拟机床结构的联接形式，建立了机床整机的动力学模型，并对机床结合面联接件的位置与数量进行了拓扑优化设计。
陕西理工学院侯红玲等在对机械系统进行运动学分析时，将ANSYS与ADAMS两个软件结合使用，可以精确模拟整个系统的运动，取得动力学仿真结果。ADAMS软件是著名的机械系统动力学仿真分析软件，分析对象主要是刚体，但与ANSYS软件结合使用可以考虑分析零部件的弹性，同样ADAMS的分析结果可为ANSYS分析提供相应的边界条件。这些工作对于支持并加快提升企业的自主技术创新能力具有一定的意义。
东南大学的陈新、孙庆鸿在ANSYS软件上建立高精度内圆磨床M2120A整机结构动力学模型和动力学分析。在建模过程中，分别采用体单元、弹簧—阻尼单元和3D梁单元、三维接触单元模拟主要零部件、转子系统和结合部【8-9】，该方法采用有限元法，用商品化软件进行建模和分析，全部采用软件中的现有单元，其效率和精度高。
汤文成等【10-12】对床身结构的静、动态特性进行分析和优化设计，通过分析和研究得出改变床身的筋板类型和布局设计是提高床身床身结构的静、动态特性的有效手段，并且提出了以导轨的振动变形量作为床身结构设计的主要依据，建立了床身的结构模型，以床身的结构参数为设计变量，各设计变量对床身动态性能贡献加权作为结构优化设计的目标函数，最后得到最优的床身设计方案，同时在机床的参数化设计等方面进行了有益的尝试。
通过以上的综述可以看出，应用ADAMS软件对机床结构动态特性的研究基本以机床单件或部分子结构的组合为对象，从整机的角度建立包括主轴转子系统在内的整机完整的动力学模型进行研究相对较少，而且运用柔性体理论对磨床整体进行动力学仿真分析也不多见，大部分还是刚性体仿真。另外，对床身进行优化设计时还是局限于改变筋板横向或径向数目进行优化设计。
参考文献：
1.陈新，高精度内圆磨床结构动力学建模与优化设计研究[D]，南京：东南大学博士学位论文，2001
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7.侯红玲，基于ADAMS和ANSYS的动力学仿真分析[J]，现代机械，2005(4):62～63
8.周德廉，陈新，孙庆鸿，高精度内圆磨床整机动力学建模及优化设计.东南学学报.2001,31(2):35～38
9.陈新，机床结构的动力学模型建立及其动态优化设计[D]，黑龙江：哈尔滨工业大学硕士论文.1987
10.汤文成等，机床大件结构的拓扑优化设计[J]，东南大学学报，1996(5) :35～38
11.汤文成，工程结构分析的现状与应用的若干问题[J]，计算机辅助设计与制造，1996(10):17～19
12.汤文成，板厚对机床床身的动静特性的影响[J]，制造技术与机床，1997(3) :28～31
研究内容:
针对MK2110数控内圆磨床，应用多体动力学分析软件ADAMS进行工作状态下刚性体动力学仿真。将电主轴芯柔性化，进行工作状态下柔性体动力学仿真。应用有限元软件ANSYS对磨床床身进行静力学分析、模态分析和结构优化。其中静力学分析主要是研究磨床床身在最大工作载荷的作用下的变形及应力状况，这对掌握机床的机械特性大有帮助;另外床身结构的动态特性是影响磨床产品性能的关键因素之一，通过模态分析研究其动态特性，确定磨床床身的振动特性和主振型，它们是承受动载荷的重要参数;最后对磨床床身进行结构优化，通过改变床身内部筋板布局，分析各种布局的振动特性和静态特性，选择最优的方案。
研究计划：
第一周：资料收集与文献检索
第二周：英文资料翻译
第三周：编写开题报告
第四周：提交开题报告
第五周：学习软件与建立磨床三维建模
第六周：学习软件与建立磨床三维建模
第九周：动力学分析
第十周：动力学分析
第十一周：结构分析
第十二周：结构优化分析
第十三周：编写论文
第十四周：编写论文
第十五周：编写论文
第十六周：提交论文并完成答辩
特色与创新
1.利用ADAMS软件对MK2110磨床进行动力学仿真，绝大多数研究还是主要应用ANSYS作分析。
2.运用了先进的三维建模软件实现对复杂模型的建立，弥补了有限元分析软件ANSYS建模功能的不足。
3.将电主轴芯柔性化，对整体进行动力学仿真。
4.针对ANSYS软件不适合机械动力学分析,ADAMS软件不适合有限元分析的状况,将ANSYS和ADAMS两种分析软件结合起来对柔性体进行仿真分析。
5.在有限元分析过程中综合运用了静刚度分析，模态分析等常用分析方法。
6.提出新的改变筋板布局的方式，对床身进行优化设计。
机械手开题报告 5
一、本课题研究的背景及意义
1、背景（课题涉及到的技术国内外研究现状）
逆向工程也称反求工程或反向工程，是根据已存在的产品或零件原型构造产品或零件的工程设计模型，并在此基础上对已有的产品进行剖析、理解和改进，是对已有设计的再设计。
从广义讲，逆向工程可分以下三类：
（1）实物逆向：它是在已有产品实物的条件下，通过测绘和分折，从而再创造；其中包括功能逆向、性能逆向、方案、结构、材质等多方面的逆向。实物逆向的对象可以是整机、零部件和组件。
（2）软件逆向：产品样本、技术文件、设计书、使用说明书、图纸、有关规范和标准、管理规范和质量保证手册等均称为技术软件。软件逆向有三类：既有实物，又有全套技术软件；只有实物而无技术软件；没有实物，仅有全套或部分技术软件。
（3）影像逆向：设计者既无产品实物，也无技术软件，仅有产品的图片、广告介绍或参观后的印象等，设计者要通过这些影像资料去构思、设计产品，该种逆向称为影像逆向。
目前，国内外有关逆向工程的研究主要集中在几何形状的逆向，即重建产品实物的CAD，称为“实物逆向工程”。
逆向工程的数据测量技术是通过特定的测量设备和测量方法获取产品表面离散点的几何坐标数据，将产品的几何形状数字化。
现有的数据采集方法主要分为两大类：
（1）接触式数据采集方法接触式数据采集方法包括使用基于力的击发原理的触发式数据采集和连续式扫描数据采集、磁场法、超声波法。
（2）非接触式数据采集方法非接触式数据采集方法主要运用光学原理进行数据的采集，主要包括：激光三角形法、激光测距法、结构光法以及图像分析法等。
逆向工程的数据处理技术是逆向工程的一项重要的技术环节，它决定了后续CAD模型重建过程能否方便、准确地进行。根据测量点的数量，测量数据可以分为一般数据点和海量数据点；根据测量数据的规整性，测量数据又可以分为散乱数据点和规矩数据点；不同的测量系统所得到的测量数据的格式是不一致的`，且几乎所有的测量方式和测量系统都不可避免地存在误差。因此，在利用测量数据进行CAD重建前必须对测量数据进行处理。数据处理工作主要包括：数据格式的转化、多视点云的拼合、点云过滤、数据精简和点云分块等。
逆向模型重建技术在整个逆向工程中，产品的三位几何模型CAD重建是最关键、最复杂的环节。
目前使用的造型方法主要有：
（1）曲线拟合造型：用一个多项式的函数通过插值去逼近原始的数据，最终得到足够光滑的曲面。
（2）曲面片直接拟合造型该方法直接对测量数据点进行曲面片拟合，获得曲面片经过过渡、混合、连接形成最终的曲面模型。
（3）点数据网格化网络化实体模型通常是将数据点连接成三角面片，形成多面体实体模型。
2、意义
随着计算机技术的发展，CAD技术已成为产品设计人员进行研究开发的重要工具，其中的三维造型技术已被制造业广泛应用于产品及模具设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护各个方面。在实际开发制造过程中，设计人员接收的技术资料可能是各种数据类型的三维模型，但很多时候，却是从上游厂家得到产品的实物模型。设计人员需要通过一定的途径，将这些实物信息转化为CAD模型，这就应用到了逆向工程技术（ReverseEngineering）。
逆向工程技术与传统的正向设计存在很大差别。而逆向工程则是从产品原型出发，进而获取产品的三维数字模型，使得能够进一步利用CAD/ACE/CAM以及CIMS等先进技术对其进行处理。不同之处在于设计的起点不同，相应的设计自由度和设计要求也不相同。一般来说，产品逆向工程包括形状反求、工艺反求和材料反求等几个方面，在工业领域的实际应用中，主要包括以下几个内容：
（1）新零件的设计，主要用于产品的改型或彷型设计。
（2）已有零件的复制，再现原产品的设计意图。
（3）损坏或磨损零件的还原。
（4）数字化模型的检测，例如检验产品的变形分析、焊接质量等，以及进行模型的比较。
逆向工程技术为快速设计和制造提供了很好的技术支持，它已经成为制造业信息传递的重要而简洁途径之一。
二、本课题的文献综述
1、逆向工程
1980年始欧美国家许多学校及工业界开始注意逆向工程这块领域。1990年初期包括台湾在内，各国学术界团队大量投入逆向工程的研究并发表成果。逆向工程的硬件最早是运用仿制加工设备，制作出来的成品品质粗糙。后来有接触式扫瞄设备，运用探针接触工件取得产品外型。再来进一步开发非接触式设备，运用照相或激光技术，计算光线反射回来的时间取得距离。
逆向工程软件部分品牌包括Surfacer（Imageware）、ICEM、CopyCAD、RapidForm等。逆向软件的演进约略可区分为三个阶段。十一年前在逆向工程上，只能运用CATIA等CAD/CAM高阶曲面系统。市场后来发展出两套主流产品约在七、八年前技术成熟，广为业界引用。到最近四年来，发展出不同以往的逆向工程数学逻辑运算，速度快。
目前，逆向工程，逆向工程的应用已从单纯的技巧性手工操作，发展到采用先进的计算机及测量设备，进行设计、分析、制造等活动，如获取修模后的模具形状、分析实物模型、基于现有产品的创新设计、快速仿形制造等。软件的逆向工程是分析程序，力图在比源代码更高抽象层次上建立程序的表示过程，逆向工程是设计的恢复过程。逆向工程工具可以从已存在的程序中抽取数据结构、体系结构和程序设计信息。
2、三维造型：
三维造型：CAD的三维造型有三种层次的建立方法，即线框、曲面和实体，也就是分别对应于用一维的线，二维的面和三维的体来构造形体。通过计算机辅助设计建立的立体的、有光的、有色的生动画面，虚拟逼真地表达大脑中的产品设计效果，比传统的二维设计更符合人的思维习惯与视觉习惯。三维造型技术从最初的三维CAD已发展到目前专用的基于特征造型的三维软件，常用软件有UG、SolidWorks、SolidEdge、MDT、Pro/E、3DSmax等。
3、快速成型：
快速成型（RP）技术是九十年代发展起来的一项先进制造技术，是为制造业企业新产品开发服务的一项关键共性技术，对促进企业产品创新、缩短新产品开发周期、提高产品竞争力有积极的推动作用。自该技术问世以来，已经在发达国家的制造业中得到了广泛应用，并由此产生一个新兴的技术领域。
RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。但是，其基本原理都是一样的，那就是"分层制造，逐层叠加"，类似于数学上的积分过程。形象地讲，快速成形系统就像是一台"立体打印机"。
参考文献：
[1]陈雪芳，孙村华主编。逆向成型与快速成型技术应用【M】。机械工业出版社，2009
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三、课题研究的方法及内容
本课题是逆向工程在鼠标设计与制造中的应用，本设计选用UG软件根据鼠标的点云数据进行鼠标的模型重建并用FDM对其进行快速成型加工的过程，在根据点云逆向设计中，结合设计需要进行了必要的正向设计修正，以得到理想的设计结果。
设计内容贯彻数据采集、数据项预处理、文件读取、边界提取、曲面重构、实体生成、STL模型重构、快速成型机的操作和注意事项，并对建模过程及STL文件处理做了系统的论述。选用UGNx4.0软件的UnigraphicsCAD/CAM/CAE系统提供了一个基于过程的产品设计环境，使产品开发从设计到加工真正实现了数据的无缝集成，从而优化了企业的产品设计与制造。由INSIGHT软件进行的数据切片处理可直接传送快速成型机，无需进行其他处理。
四、研究方案的具体设计
1、实体三维数据的获得——扫描；
2、点云处理；
3、曲面重构；
4、实体建模：
（1）模型分析
（2）曲面造型
（3）实体外形修改
（4）各部件建模
（5）部件的装配与干涉检验
5、基于INSIGHT快速成型切片的数据处理；
6、快速成型加工操作。
五、毕业设计（论文）进度计划
1—2周调研、查阅文献，完成开题报告
3—7周进行鼠标模型点数据的采集和模型的初步构建
8周中期检查与整改
9—13周在初步构建的鼠标模型的基础上进行修改并完成快速成型加工，撰写毕业设计论文
14—15周打印、装订、评阅、答辩资格审查
16周毕业答辩
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