凸轮机械手是实现冲压上、下料自动化的重要设备，弧面凸轮机械手因其精度高、可靠性好、体积小、速度快等优点，一直是冲压生产中的首选装置。但弧面凸轮机构设计复杂，尤其是弧面凸轮廓面是复杂的不可展空间曲面，目前还没有成熟的弧面凸轮3D建模软件问世，这一点制约着弧面凸轮机构CAE、CAM研究的进展。本文以冲压上下料直动型弧面凸轮机械手装置作为研究对象，进行了弧面凸轮机构设计、三维建模、运动仿真和数字化样机等方面的相关研究。 本文提出了一种基于Pro/E进行弧面凸轮3D设计和建模的新思想，在弧面凸轮轮廓面的包络原理、NURBS曲线、曲面构造理论和等偏距曲面原理的基础上，研究了一种弧面凸轮3D设计与建模的新方法，解决了弧面凸轮三维建模的难题，该方法实用性强且易于操作，具有广阔的市场前景。 本文改进和设计了一款冲压上下料直动型弧面凸轮机械手装置，确定了装置的倒“U”型运动方案，并建立了通用性较强的摆动型弧面凸轮机构的主要运动参数和结构尺寸参数计算公式，设计了冲压上下料直动型弧面凸轮机械手的系统图、循环图、整机装配图和零件图。最后，应用基于Pro/E弧面凸轮3D设计和建模的新方法，成功创建了该装置中的弧面凸轮三维实体模型。 本文创建了冲压上下料直动型弧面凸轮机械手的数字化样机。在制造行业，以计算机为基础的数字化技术正在改变着制造业的面貌，数字化设计与制造技术已成为推动制造业进步的重要动力源。数字化样机正逐步代替实物样机，用来进行数字化设计(DD)、数字化仿真(DE)和数字化加工(DM)。利用弧面凸轮三维实体模型和其它零部件的三维实体模型，在计算机上，布置样机的安装工序，并模拟整个安装过程，选择最优装配方案，建立了冲压上下料直动型弧面凸轮机械手的数字化样机，并对数字化样机进行了运动仿真、干涉检测、输出参数测量、运动轨迹绘制等工作。本文较全面地研究了凸轮机构的计算机辅助设计与运动仿真的方法，其中包括直动滚子从动件平面回转凸轮机构、摆动滚子从动件平面回转凸轮机构、直动滚子从动件圆柱凸轮机构以及摆动弧面凸轮机构。通过运动仿真分析，能很直观的观察到机构的运动情况，并绘制出机构的运动曲线，提前掌握了机构的运动规律，增加了设计安全系数。尤其是，弧面凸轮机构三维设计与仿真的实现，表明凸轮机构在数字化、虚拟化研究方面又迈出了一步。