三伺服电机机械压力机构设与研究

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1、三伺服电机机械压力机构设与研究第一章绪论1.1伺服机械压力机传统曲柄滑块机械压力机具有在上下模时冲击速度过高、滑块速度递减过快、公称压力不能及时完全达到导致无法拉深较深的零件等缺陷，而多连杆压力机克服了这些缺陷使其具有理想的运动曲线，更加适合于冲压生产。机械多连杆压力机的具有以下优点[3]为：①若机构只设计很小的偏心距，也能够达到相对比较大的冲压滑块的行程，更好地满足冲压工艺和机器自动上料下料的需要；②可以实现较大的拉深深度。在允许的条件下，机械多连杆压力机拉深深度可达320mm，而一般曲柄压力机只有70mm左

2、右；③成形过程速度低且均匀，而空程运行时速度快，因此生产率高；④可以有效地减小工作过程中冲压滑块中对冲压模具的冲击，以提高模具的使用寿命，也就提高了成形零件的质量。多连杆机械压力机理论上可以通过设计和改造传动系统的结构来实现绝大多数的冲压工艺曲线，因此对多连杆压力机而言，满足用户工艺曲线要求的多连杆杆系设计和性能优化是技术核心，也是难点。国内外许多学者对机械多连杆压力机进行大量的研究。Tso等[4]提出由曲柄滑块四杆机构和齿轮五连杆机构组成的九连杆机构，运用试错法进行连杆机构的尺度综合研究以得到较好的运动学特性

3、，但九杆连杆机构自己所具有的设计变量较多、结构复杂等缺陷，给优化带来一定难度。Hsieh等[5]利用增广拉格朗日法对瓦特链六连杆机构的机械压力机进行尺度优化设计，使其具有稳定的机械增益比、使冲压滑块具有均匀的速度和快速回程特性、并仅产生较小的滑轨侧向力，这个适合用于板料拉延工艺。何予鹏[6]等设计出一种由双电机驱动的机械压力机传动系统。这个传动系统主要由差动轮系与行星轮系加上两个普通电机组成，通过控制两个电机的运转和停止，可以使机械压力机滑块得到两种不同的工作速度，这样既保证滑块的工作效率，又可以一定程度上降低

4、滑块锻冲时的工作速度，并同时通过对斯蒂芬森六连杆机构滑块产生低速运动机理的分析，得出机械压力机滑块能否产生低速运动主要是由连杆曲线是否具有低速运动段所决定的这一结论，并采用遗传算法对双曲柄串联机构的参数进行了优化设计。Neumann等使用三个复杂程度有差别的数学模型并通过计算机仿真对单点驱动偏心式机械压力机的诸如工作精度、冲压滑块的倾斜度、机座的弹性变形等动态性能以及不同轴承间隙配合对摩擦损耗的影响等进行研究，进行了实验结果的验证。1.2基于GF集理论的多驱动伺服压力机构型设计如果采用多个伺服电机来驱动，那就要

5、求驱动结构是多自由度的系统，这就需要进行机构构型综合。国内外许多学者都针对机构构型综合这一课题展开过研究，提出多种不同的解决方法。Tsai[21-22]基于图论和自由度计算公式的提出了并联机构型综合方法。这种思想和方法要考虑并联机构的独立环路数目、机构杆件数目、机构中的运动副数目以及各环路的公共约束的关系，确定各支链的自由度数目等。台湾成功大学的颜洪森教授[23-24]借助图论以及超图论理论展开研究，提出了一种创造性机构设计方法，并提出大量的区别于现有机械的新机型。黄真[25-26]提出了约束螺旋综合理论并综合

6、出9种类型的少自由度并联机构，综合出对称的四、五自由度并联机构。Kong和Gosselin[27-28]提出基于螺旋理论和虚拟支链的并联机构型综合方法，并综合具有PPP、PPPR、SSP、PPR、PPPU和PPS等类型的并联机构。GF集并联机构设计理论是高峰教授[29-32]提出的，它以集合数学为工具，以机构末端运动特征的集合为性能指标，来描述机构的固有特性，并通过求交运算法则设计具有指定末端运动特征的机构构型。应用GF集理论可以构建一系列机械压力机构型，从中可以选用适合于工程实际的构型来进行研究和改进。第二章

7、三伺服电机驱动机械压力机构型设计2.1引言大型重载伺服压力机，要求大功率大扭矩的输入，为了实现这种目的，除了采用大功率的电机和设计增力性能强的传动机构以外，运用多电机并联驱动也是一种很有效的方式。理论上来说，对于单自由度机构，只能有一个驱动。然而，有多个自由度且无过约束的并联机构，可以实现多台电机同时应用以得到更大的输出力矩，且保证各个驱动之间不会产生因运动误差而造成干涉。学者在对并联机构的研究过程中，发展并运用了很多机构构型综合的方法。群论、图论、线性变换、单开链方法等方法都得到了广泛的讨论和应用。上世纪70

8、年代，法国人Herve[38-39]将李群代数运用于机器人，尤其是并联机构分析和综合方面。加拿大学者Angeles和燕山大学黄真教授[40]分别运用李群理论研究了相关的并联机构。香港科技大学的李泽湘[41]教授在李群基础上提出了微分几何综合法。GF集并联机构设计理论是高峰教授提出的[42]，它以集合数学为工具，以机构末端运动特征的集合为性能指标，来描述机构的固有特性，并通过求交运算法则