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[發(fā)明專利]一種伺服機(jī)械精沖壓力機(jī)主傳動機(jī)構(gòu)及運(yùn)動規(guī)劃方法有效

專利信息
申請?zhí)枺?/td> 201710480578.5 申請日: 2017-06-22
公開(公告)號: CN107138578B 公開(公告)日: 2019-11-26
發(fā)明(設(shè)計(jì))人: 華林;葉德金;汪小凱;劉艷雄 申請(專利權(quán))人: 武漢理工大學(xué)
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>
地址: 430070 湖*** 國省代碼: 湖北;42
權(quán)利要求書: 查看更多 說明書: 查看更多
摘要:
搜索關(guān)鍵詞: 一種 伺服 機(jī)械 壓力 機(jī)主 傳動 機(jī)構(gòu) 運(yùn)動 規(guī)劃 方法
【權(quán)利要求書】:

1.一種伺服機(jī)械精沖壓力機(jī)主傳動機(jī)構(gòu),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(jī)架,其特征在于,所述第一曲柄的一端與機(jī)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(jī)架相鉸接,第三連桿的另一端與滑塊相鉸接,滑塊沿導(dǎo)軌豎直滑動,第一伺服電機(jī)驅(qū)動第一曲柄繞鉸接點(diǎn)旋轉(zhuǎn),第二伺服電機(jī)驅(qū)動第二曲柄繞鉸接點(diǎn)旋轉(zhuǎn);第一曲柄的一端與機(jī)架的鉸接點(diǎn)與第二曲柄的另一端與機(jī)架的鉸接點(diǎn)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(jī)架的鉸接點(diǎn)與第三連桿的另一端與滑塊的鉸接點(diǎn)位于同一直線上。

2.根據(jù)上述權(quán)利要求1所述的一種伺服機(jī)械精沖壓力機(jī)主傳動機(jī)構(gòu),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(quán)利要求2所述的一種伺服機(jī)械精沖壓力機(jī)主傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)劃方法,其特征在于,包括如下步驟:

A)確定兩伺服電機(jī)關(guān)鍵相位角,根據(jù)伺服機(jī)械精沖壓力機(jī)的工藝過程,在一個(gè)工作周期內(nèi),滑塊分為三個(gè)控制階段,包括由運(yùn)行起點(diǎn)快速到達(dá)沖裁起始點(diǎn)的快速閉合階段、由沖裁起始點(diǎn)慢速到達(dá)沖裁終止點(diǎn)的慢速沖裁階段、由沖裁終止點(diǎn)快速到達(dá)運(yùn)行起始點(diǎn)的快速回程階段,確定滑塊的運(yùn)行起始點(diǎn)、沖裁起始點(diǎn)、沖裁終止點(diǎn)及對應(yīng)兩伺服電機(jī)的運(yùn)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(jī)柔性加減速規(guī)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(gòu)造函數(shù)J(t):

其中,X為系數(shù),T為一個(gè)加減速周期,T0為加減速初始時(shí)間,

根據(jù)J(t)可推導(dǎo)出加速度函數(shù)為A(t)為:其中,C1為常數(shù)系數(shù),根據(jù)A(t)可推導(dǎo)出速度函數(shù)V(t)為:

其中,C2為常數(shù)系數(shù),根據(jù)V(t)可推導(dǎo)出位移函數(shù)S(t)為:

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

設(shè)伺服電機(jī)的最大加速度為Amax,則A(t)≤Amax,即,

為充分發(fā)揮系統(tǒng)的運(yùn)動能力,縮短加速周期,提高生產(chǎn)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(shù)S(t)如下所示:

C)兩伺服電機(jī)運(yùn)動規(guī)劃,

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

閉合階段第一伺服電機(jī)的勻速時(shí)間為t11,減速時(shí)間為t12;第二伺服電機(jī)的勻速時(shí)間為t21,減速時(shí)間為t22;根據(jù)上述伺服電機(jī)加減速方法、兩伺服電機(jī)的三個(gè)關(guān)鍵相位角、以及電機(jī)特性可確定:

其中,a1max為第一伺服電機(jī)的最大加速度,a2max為第二伺服電機(jī)的最大加速度,α為第一伺服電機(jī)的沖裁起始相位和終止相位的夾角,

因此第一伺服電機(jī)的閉合時(shí)間t1為:

第二伺服電機(jī)的閉合時(shí)間t2為:

設(shè)第一伺服電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速為w1max,第二伺服電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速為w2max,根據(jù)一般伺服的電機(jī)特性和數(shù)學(xué)關(guān)系,當(dāng)w11和w21分別取兩伺服電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速時(shí),各自的閉合階段時(shí)間達(dá)到最小值,即:

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

w12可根據(jù)沖裁速度v,第一伺服電機(jī)的沖裁起始相位角和沖裁終止相位角、機(jī)構(gòu)特性確定如下:當(dāng)α≥0.5π時(shí):

當(dāng)0<α<0.5π時(shí):

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(jù)第一伺服電機(jī)的運(yùn)行起始相位角和沖裁起始相位角、閉合階段時(shí)間、w12、第一伺服電機(jī)電機(jī)特性確定如下:

沖裁階段:第一伺服電機(jī)在沖裁起始相位角以角速度w12勻速運(yùn)行到?jīng)_裁終止相位角;第二伺服電機(jī)保持速度為0,

沖裁時(shí)間t3根據(jù)第一伺服電機(jī)的沖裁起始相位角和沖裁終止相位角、w12確定如下:

w21根據(jù)第二伺服電機(jī)的運(yùn)行起始相位角和沖裁起始相位角、閉合階段時(shí)間、第二伺服電機(jī)電機(jī)特性確定如下:

回程階段:兩伺服電機(jī)快速回程階段的運(yùn)動軌跡與快速閉合階段的運(yùn)動軌跡分別關(guān)于兩伺服電機(jī)的運(yùn)行起始相位對稱,第一伺服電機(jī)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(yùn)行到運(yùn)行起始相位角,第二伺服電機(jī)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(yùn)行到運(yùn)行起始相位角,

回程階段第一伺服電機(jī)的勻速時(shí)間為t11,加速時(shí)間為t12;第二伺服電機(jī)的勻速時(shí)間為t21,加速時(shí)間為t22

根據(jù)上述方案,第一伺服電機(jī)在一個(gè)工作周期內(nèi)的運(yùn)動軌跡規(guī)劃w1(t)為:

根據(jù)上述方案,第二伺服電機(jī)在一個(gè)工作周期內(nèi)的運(yùn)動軌跡規(guī)劃w2(t)為:

4.根據(jù)上述權(quán)利要求3所述的一種伺服機(jī)械精沖壓力機(jī)主傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)劃方法,其特征在于,所述步驟A)中包括如下內(nèi)容:選取滑塊能夠達(dá)到的最高點(diǎn)作為沖裁終止點(diǎn),此時(shí)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(diǎn)時(shí)兩伺服電機(jī)的沖裁終止相位角,確定滑塊的沖裁終止點(diǎn)后,滑塊的沖裁起始點(diǎn)由沖裁板厚決定,即沖裁板厚等于滑塊沖裁起始點(diǎn)與沖裁終止點(diǎn)的距離,沖裁過程中,第二伺服電機(jī)始終處于沖裁終止相位角,即確定第二伺服電機(jī)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(jī)的起始相位角,設(shè)第一伺服電機(jī)、第二伺服電機(jī)在閉合和回程階段的轉(zhuǎn)角相等,確定第一伺服電機(jī)的運(yùn)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(jī)的運(yùn)行起始相位與沖裁起始相位的夾角為π。

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