[發明專利]一種伺服機械精沖壓力機主傳動機構及運動規劃方法

有效

• 申請號: 201710480578.5
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN107138578B
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發明（設計）人: 華林;葉德金;汪小凱;劉艷雄
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B21D22/02
• 分類號: B21D22/02;B30B1/14;B30B15/26
• 代理公司: 42102 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 唐萬榮;汪瑋華<國際申請>=<國際公布>

1.一種伺服機械精沖壓力機主傳動機構，包括第一曲柄、第一連桿、第二連桿、第二曲柄、第三連桿、滑塊和機架，其特征在于，所述第一曲柄的一端與機架相鉸接，另一端與第一連桿的一端相鉸接，第一連桿的另一端均與第二連桿及第三連桿的一端相鉸接，第二連桿的另一端與第二曲柄的一端相鉸接，第二曲柄的另一端與機架相鉸接，第三連桿的另一端與滑塊相鉸接，滑塊沿導軌豎直滑動，第一伺服電機驅動第一曲柄繞鉸接點旋轉，第二伺服電機驅動第二曲柄繞鉸接點旋轉；第一曲柄的一端與機架的鉸接點與第二曲柄的另一端與機架的鉸接點的水平距離為第二連桿與第二曲柄的長度之差，豎直距離為第一連桿與第一曲柄的長度之和，第一曲柄的一端與機架的鉸接點與第三連桿的另一端與滑塊的鉸接點位于同一直線上。

2.根據上述權利要求1所述的一種伺服機械精沖壓力機主傳動機構，其特征在于，所述第一曲柄的長度小于第二曲柄的長度。

3.采用權利要求2所述的一種伺服機械精沖壓力機主傳動機構的運動規劃方法，其特征在于，包括如下步驟：

A)確定兩伺服電機關鍵相位角，根據伺服機械精沖壓力機的工藝過程，在一個工作周期內，滑塊分為三個控制階段，包括由運行起點快速到達沖裁起始點的快速閉合階段、由沖裁起始點慢速到達沖裁終止點的慢速沖裁階段、由沖裁終止點快速到達運行起始點的快速回程階段，確定滑塊的運行起始點、沖裁起始點、沖裁終止點及對應兩伺服電機的運行起始相位角、沖裁起始相位角、沖裁終止相位角；

B)兩伺服電機柔性加減速規劃，起始和終止位置的加速度和加加速度為零，從加加速度構造函數J(t)：

其中，X為系數，T為一個加減速周期，T₀為加減速初始時間，

根據J(t)可推導出加速度函數為A(t)為：其中，C₁為常數系數，根據A(t)可推導出速度函數V(t)為：

其中，C₂為常數系數，根據V(t)可推導出位移函數S(t)為：

設v₀為加或減速初始速度，v₁為加或減速后的速度，C₃為常數系數，根據邊界條件，當t＝T₀時，A(0)＝0，V(0)＝v₀，S(0)＝s₀，當t＝T₀+T時，A(T₀+T)＝0，V(T₀+T)＝v₁，因此解得：

設伺服電機的最大加速度為A_max，則A(t)≤A_max，即，

為充分發揮系統的運動能力，縮短加速周期，提高生產效率，取等號，則有：

因此，可解得加速過程的加加速度J(t)，加速度A(t)，速度V(t)，位移函數S(t)如下所示：

C)兩伺服電機運動規劃，

閉合階段：第一伺服電機在運行起始相位角以角速度w₁₁勻速運行至靠近沖裁起始相位角后減速到w₁₂，到達沖裁起始相位角；第二伺服電機在運行起始相位角以角速度w₂₁勻速運行至靠近沖裁起始相位角后減速到0，到達沖裁起始相位角；

閉合階段第一伺服電機的勻速時間為t₁₁，減速時間為t₁₂；第二伺服電機的勻速時間為t₂₁，減速時間為t₂₂；根據上述伺服電機加減速方法、兩伺服電機的三個關鍵相位角、以及電機特性可確定：

其中，a_1max為第一伺服電機的最大加速度，a_2max為第二伺服電機的最大加速度，α為第一伺服電機的沖裁起始相位和終止相位的夾角，

因此第一伺服電機的閉合時間t₁為：

第二伺服電機的閉合時間t₂為：

設第一伺服電機的最大轉速為w_1max，第二伺服電機的最大轉速為w_2max，根據一般伺服的電機特性和數學關系，當w₁₁和w₂₁分別取兩伺服電機的最大轉速時，各自的閉合階段時間達到最小值，即：

兩伺服電機在閉合階段的時間相等即：t₁＝t₂；為了最大限度地縮短空程時間且兩伺服電機能夠同時滿足運動要求則閉合階段的時間可確定如下：

w₁₂可根據沖裁速度v，第一伺服電機的沖裁起始相位角和沖裁終止相位角、機構特性確定如下：當α≥0.5π時：

當0＜α＜0.5π時：

其中r為上述第一曲柄的長度，L為第一連桿與第二連桿之和，

所述w₁₁根據第一伺服電機的運行起始相位角和沖裁起始相位角、閉合階段時間、w₁₂、第一伺服電機電機特性確定如下：

沖裁階段：第一伺服電機在沖裁起始相位角以角速度w₁₂勻速運行到沖裁終止相位角；第二伺服電機保持速度為0，

沖裁時間t₃根據第一伺服電機的沖裁起始相位角和沖裁終止相位角、w₁₂確定如下：

w₂₁根據第二伺服電機的運行起始相位角和沖裁起始相位角、閉合階段時間、第二伺服電機電機特性確定如下：

回程階段：兩伺服電機快速回程階段的運動軌跡與快速閉合階段的運動軌跡分別關于兩伺服電機的運行起始相位對稱，第一伺服電機在沖裁終止相位角由角速度w₁₂加速到角速度w₁₁后以角速度w₁₁勻速運行到運行起始相位角，第二伺服電機在沖裁終止相位角由角速度0加速到角速度w₂₁后以角速度w₂₁勻速運行到運行起始相位角，

回程階段第一伺服電機的勻速時間為t₁₁，加速時間為t₁₂；第二伺服電機的勻速時間為t₂₁，加速時間為t₂₂，

根據上述方案，第一伺服電機在一個工作周期內的運動軌跡規劃w₁(t)為：

根據上述方案，第二伺服電機在一個工作周期內的運動軌跡規劃w₂(t)為：

4.根據上述權利要求3所述的一種伺服機械精沖壓力機主傳動機構的運動規劃方法，其特征在于，所述步驟A)中包括如下內容：選取滑塊能夠達到的最高點作為沖裁終止點，此時第一曲柄、第一連桿、第三連桿共線，第二曲柄與第二連桿反共線，從而可確定滑塊在沖裁終止點時兩伺服電機的沖裁終止相位角，確定滑塊的沖裁終止點后，滑塊的沖裁起始點由沖裁板厚決定，即沖裁板厚等于滑塊沖裁起始點與沖裁終止點的距離，沖裁過程中，第二伺服電機始終處于沖裁終止相位角，即確定第二伺服電機的沖裁起始相位角等于沖裁終止相位角，即可確定第一伺服電機的起始相位角，設第一伺服電機、第二伺服電機在閉合和回程階段的轉角相等，確定第一伺服電機的運行起始相位與沖裁起始相位的夾角為π-0.5α，第二伺服電機的運行起始相位與沖裁起始相位的夾角為π。