原始曲线伺服压力机加工工艺曲线轨迹规划.docxVIP

基于原始曲线的伺服压力机加工工艺曲线轨迹规划 1引言 交流伺服电机驱动技术在成形装备中的应用，克服了传统成形装备工作特性不可调的缺点，采用伺服电机驱动的成形装备有助于提高生产率，提高产品成形质量，改善工作环境，降低能耗。伺服压力机在板材成型领域的应用凸显了交流伺服电机驱动技术在成形装备应用中的巨大优势。伺服压力机区别于传统机械压力机的一个重要特点就是其加工工艺曲线是可以根据用户的需求进行调整的，提高了机床对于冲压工艺的适应性，即实现了柔性加工。 伺服压力机加工工艺曲线的规划是实现伺服压力机柔性加工的基础环节。关于加工工艺曲线的规划有许多算法：基于多项式函数的轨迹规划法，基于NURBS曲线的轨迹规划法，基于正余弦函数的轨迹规划法等等。但大多数规划方法的侧重点都是寻求加工工艺曲线的平滑效果，即曲线的几何可微性，研究也针对压力机滑块的位移-时间曲线展开，规划的最终目标往往限定为压力机滑块的运动学参数波动程度。片面追求滑块运动学参数曲线的连续性，理论上可以实现作为驱动的伺服电机转速的连续连续，但是这种转速变化的连续性没有将电机的实际性能考虑进去，从而增加了电机的负载，提高了伺服电机的故障率，降低了伺服电机的寿命。 2加工工艺曲线轨迹规划原理 交流伺服电机的控制过程是一个实时的，连续的，动态的响应过程，伺服压力机加工过程中针对伺服电机的控制往往贯穿了加工工艺过程的始终，交流伺服电机驱动的成形设备的加工精度往往依赖于伺服电机控制算法以及控制系统对于相关相关信号处理的实时性和准确性，这也依赖于加工工艺曲线规划的合理性。 伺服压力机加工工艺曲线的规划，主要就是对作为动力源的伺服电机的转速等相关参数的实时调整来实现，通过对伺服电机相应参数的调整，使不同的工作机构驱动滑块产生相应的运动效果。伺服压力机轨迹规划的目标必然要考虑电机的运动学性能参数，包括电机的加减速性能，在相应加减速条件的带负载能力，以及随之引起的电机的寿命和故障率问题。开展针对伺服电机自身性能的，适应不同机构的伺服电机控制算法就具有了必要性。 传统工艺轨迹规划的弊端在于，片面追求滑块位移曲线的连续性导致伺服电机根本达不到轨迹规划曲线所对应的电机转速变化曲线的变化效果，或者相关算法的实现，增加了电机的无用负荷，以及整个控制系统的信息处理量。针对不同的传动机构，由于滑块位移与相关机构运动参数的对应关系的改变，对于滑块位移曲线的规划并不是一成不变的，即控制算法应该具有适应性。 3针对曲柄伺服压力机的工艺轨迹规划 根据目前压力机的发展来看,由于工业发展的需要,和各种高新材料的应用,和各种冲压件工业用品的生产,以及经济发展等各种因素的影响,使得对作为生产工具的压力机的各种性能要求越来越高而且种类也越来越多,这就使得我们不得不在常规的压力机的基础上对压力机进行相应的改制和调换以满足客户的需求。 传统曲柄机械压力机是锻压冲压行业的重要成形装备，曲柄连杆机构在该类成形装备中应用极为广泛，通过对驱动电机及相关零部件的调整实现产品的更新换代是一种最大化节约成本，实现加工能力升级，加工产品质量升级的有效方式。 针对传统机械压力机中频繁使用的曲柄连杆机构，笔者用基于三角函数曲线的耦合逼近方法实现其加工工艺曲线的规划。同时提出利用相关算法，提高该轨迹规划算法的适应性，即针对不同板材厚度的适应性，不同加工工艺要求的适应性，不同电机性能的适应性。 4基于三角函数曲线的轨迹规划方法 4.1曲柄滑块机构运动特性 图4-1 曲柄滑块机构机构运动原理图 运动方程推导： 滑块行程 S=R1-cos?(α)+1λ1-1-λ2sin?2α 滑块速度 v=Rωsinα+λsin2α21-λ2sin2α 滑块加速度 a=-Rα2cosα+λ(cos2α+λ2sin4α)1-λ2sin2α3 其中连杆系数λ=R/L。 4.2基于原始曲线的轨迹规划方法基本思想 依据滑块运动方程可知，滑块运动轨迹近似接近正余弦曲线，并且，滑块的相关运动参数与曲柄转速存在对应的函数关系，这就为轨迹规划算法的编程实现提供了条件。 借鉴数控加工领域的曲线插补思想，基于原始曲线的轨迹规划方法的基本思想可以描述为，对于给定目标曲线的轨迹规划，可以依据插补思想，转换为不同转速条件下的曲线片段的排列组合。 图4-2 不同转速条件下曲柄连杆机构驱动的滑块位移曲线 由图4-2，,可以看到，不同驱动转速条件下，滑块位移曲线表现出不同的运动学特性，这样对于伺服压力机工艺轨迹规划的问题，将可以转化为一个基于原始运动曲线的组合优化问题。即在给定目标曲线条件下，对于工艺轨迹的规划可以描述为，相关转速所对应的滑块位移曲线片段的组合优化，优化的评价表针包括： 1、组合曲线与目标曲线的逼近程度； 2、适应电机自身动态性能的能力； 3、滑块相关运动学