基于工艺要求的伺服压机行程曲线优化.pdf

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1、2014年3月机械设计与制造工程Mar．2014第43卷第3期MachineDesignandManufacturingEngineeringVo1．43No．3DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2014．03．003基于工艺要求的伺服压机行程曲线优化王俊，李明(上海大学机电工程及自动化学院，上海200072)摘要：分析了伺服压机受冲压工艺约束存在弊病的原因，对基于冲压工艺的伺服电机驱动及其优化方法进行了研究，尝试选用各类曲线去修正并作对比。研究表明：运用样条曲线修正，可使工艺曲线光滑、平整并保证衔接完美过渡，

2、避免了瑕疵，有效地提高了冲压过程的动态特性。关键词：伺服压机；运动仿真；行程曲线；线性优化中图分类号：TP215；TH133．5文献标识码：A文章编号：2095—509X(2014)03—0010—05伺服压机是以伺服电机为主动力，由计算机控对压机而言，该曲线受到相应的冲压工艺约束。制的一种智能化、柔性化新型压机，由于取消了飞1．2压机运动机构建模与分析轮、离合器、制动器等部件，不仅克服了传统压力机如图2所示，以0为原点建立直角坐标系，其运动特性单一、工艺适用性差、行程无法调整的固中MA为曲柄，长度设为0；AB为三角连杆的一条有缺陷，

3、还大大提高了工作性能、运行精度，降低了直角边，长度设为b；NB为摇杆，长度设为C；点为能耗、磨损，延长了磨具寿命。但在冲压工艺要求凸心轮转轴中心，OM长度设为d；Ⅳ点为摇杆固定较高的场合，由于工艺曲线是由多条运动曲线拼接在立板上的转轴中心，ON长度设为e；BC为三角连而成，滑块在曲线拼接位置存在冲击震动现象⋯。杆另一条直角边，长度设为．厂；CS为连杆，长度设为为尽可能保证位移、速度、加速度曲线的平稳，降低g；1180mm是滑块(滑柱)的长度，S点是其上顶噪声，需要对工艺行程曲线进行修正。点；日为滑块底面到工作平台的高度，其范围为0～2

4、00ram；0是凸心轮相对于水平线的转角；是1伺服压机传动系统分析摇杆相对于竖直线的夹角。1．1伺服压机工作原理图1为一种伺服压机的连杆和滑块运动部分简图，其通过永磁交流伺服电机带动齿轮减速，驱动曲柄肘杆机构，获得滑块的直线运动，所以通过控制伺服电机，就能实现滑块运动特性曲线的可调和压力的可控。而控制电机的核心在于控制曲线，图2伺服压机传动系统简化结构H一0公式的推导：此模型所涉及的自由度、运动不唯一性较多，采用常规的方法计算繁琐复杂。因而利用坐标法、向量间关系、距离公式可得4图1连杆和滑块运动部分简图点坐标为(d+0·cosO，0·

5、sinO)；B点坐标为(c·收稿日期：2013一l2—27作者简介：王俊(199O一)，男，上海人，上海大学硕士研究生，主要研究方向为机械设计及制造。·10·2014年第3期王俊：基于工艺要求的伺服压机行程曲线优化si，e—c·co,eft)；C点坐标为(，yc)。3基于线性优化的运动控制分析由A，，C点坐标及BA·BC=0的关系可推3．1典型工艺曲线及分析优化得以下关系式：如图4所示，曲线①是所有优化曲线的原型，(c·sinfl—d一0·cos0)+(口·sin0+c-即工艺要求。机构的偏心轮在转到180。附近时，cos／S—e1=

6、b滑块处在最低点，然后上升返回。由于采用了多段(—e+c·co)+(c—c·sinf1)=f(1)曲线的简单拼接，因此在拼接部分就会出现相应的进而推导出C点坐标：运动冲击，比如偏心轮旋转到0。、180。、360。等一些特殊点位置时，尤其容易出现瑕疵、噪声，本文针对寺(n。sin0+c‘c。sfl—e)+c。sinfl这些问题进行优化。一564．265r。j】，c寺(c’sinfl一。。c。s0一d)+e—c’c。sfl—580．342．596．4l9I，．i、l’

7、I最后推导出滑块行程的函数通式：一．612．496●＼，，I．628．

8、573。lI一寺(c‘sinfl一口．cos0一d)一e+c．c0+．644．650_＼l

9、I．660．727I1．676．804．692．882{I¨-

10、l1l-●{[g一寺(‘sin0+c’c。一e)一c。si]×[g+．708．959．725．036I．．741．1l3寺(。sin0+c．cosfl—e)+c-si]。757．190＼．773．267＼I．1

11、J-IH=468-OS(2)．789．344I．805．42l式中包含了上文提到的两个自变量参数o,fl，O材s在分析时应将式(1)、式(2)相结合。图4典型工艺曲线2基于

12、Invento~数字样机的建模与分析图5为运用Inventor软件运动学分析功能得2．1三维模型构建到的偏心轮速度和加速度曲线：曲线①是偏心轮速根据相关结构参数构建的CAD模型如图3所度曲线，可见电机的转速在滑块行程的起