一种伺服压力机拉深加工工艺轨迹的优化设计方法
【专利摘要】本发明公开了一种伺服压力机拉深加工轨迹的优化设计方法，包括以下步骤：利用傅里叶级数理论，建立描述伺服压力机滑块运动轨迹的通用数学模型；利用伺服电机加减速的特性，建立伺服压力机拉深加工工艺模式；基于五次多项式建立曲柄加减速数学模型；选取优化设计变量，建立压力机、伺服电机和传输机械手运行时所需满足的各种约束条件；建立优化目标函数；得到最小冲压周期的伺服压力机拉深加工工艺轨迹。本发明采用傅里叶级数理论高精度构建伺服压力机传动机构的通用数学模型，适用于任何传动机构构型和不同机构尺寸，通用性强。本发明采用复合形优化算法以及将约束条件分类处理的计算方法，优化计算效率高，能够满足工程实时性要求。
【专利说明】一种伺服压力机拉深加工工艺轨迹的优化设计方法
【技术领域】
[0001]本发明属于伺服压力机应用【技术领域】，涉及一种伺服压力机冲压加工工艺轨迹设计方法，尤其涉及一种伺服压力机拉深加工工艺轨迹的优化设计方法。
【背景技术】
[0002]伺服压力机代表着当前压力机领域发展的技术前沿和最新水平。与传统机械压力机相比，伺服压力机最突出的优势就是可根据零件冲压成形工艺要求设定伺服压力机滑块运动轨迹，极大地提高了压力机的工作性能和工艺适应性。采用伺服压力机加工零件，一方面可通过降低工作区域的滑块速度来提高零件的成形质量；另一方面又通过提高非工作区域的滑块速度来降低压力机的运行周期，达到提高冲压生产节拍的目的。因而，越来越多的汽车制造厂倾向于采用伺服压力机来代替传统机械压力机，以提高汽车覆盖件的冲压加工能力和技术水平。
[0003]当在伺服压力机上拉深加工零件时，需要对伺服压力机拉深加工工艺轨迹进行优化设计，其目的是在满足拉深工艺要求的基础上，通过优化设计得到最大冲压生产节拍。目前，国内伺服压力机研发还处于起步阶段，虽然已成功开发出大型伺服压力机样机，但是伺服压力机拉深加工工艺轨迹优化设计程序主要由国外电气供应商提供，国内在拉深加工工艺轨迹优化设计技术方面还处于空白，严重制约了我国伺服压力机的发展。
[0004]一种典型的伺服压力机拉深加工工艺轨迹优化设计方法如下:
[0005]1.根据伺服压力机传动机构构型和机构参数，建立描述滑块运动轨迹的正解和反解数学模型。
[0006]2.建立伺服压力机、伺服电机和传输机械手运行时所需满足的各种约束条件，以冲压生产节拍最大化为优化目标，建立满足多个约束条件的伺服压力机拉深加工工艺轨迹优化设计模型。
[0007]3.根据拉深零件特点，设置拉深成形控制参数，包括拉深高度、开始拉深时滑块速度、拔模高度、拔模结束时滑块速度参数，同时设置机械手传输工艺所需的安全空间高度，包括前置机械手传送坯料所需的安全空间高度和后置机械手取出拉深零件所需的安全空间高度等参数。采用优化算法求解，获得最大冲压生产节拍下的伺服压力机拉深加工工艺轨迹。
[0008]4.校核优化计算出的拉深加工工艺轨迹留给机械手传输时间是否满足实际要求，当机械手传输所需实际时间大于工艺轨迹所能提供的时间时，需对优化计算出的工艺轨迹进行偏置，使得该工艺轨迹能够满足机械手传输时间要求。
[0009]在上述方法中，当伺服压力机传动机构构型或机构尺寸改变时，均需重新建立传动机构的正解和反解数学模型，使得开发的优化设计模型不具有通用性。另外，上述优化设计方法没有将机械手完成传输过程所需要的时间作为约束条件，为满足机械手传输时间要求，需对优化计算出的工艺轨迹进行偏置，该偏置操作降低了工艺轨迹的加减速性能，未能充分发挥伺服电机的性能，使得冲压周期时间加长，在一定程度上降低了伺服压力机的冲压生产节拍。
【发明内容】
[0010]为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种伺服压力机拉深加工工艺轨迹的优化设计方法，解决当传动机构构型或机构尺寸改变时需重新建立其正解和反解数学模型，通用性差，以及为满足机械手传输时间要求需偏置工艺轨迹导致冲压生产节拍降低的问题。
[0011]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下:一种伺服压力机拉深加工轨迹的优化设计方法，包括以下步骤:
[0012]A、利用傅里叶级数理论，建立描述伺服压力机滑块运动轨迹的通用数学模型；具体包括如下步骤:
[0013]Al、根据伺服压力机传动机构构型和机构尺寸，利用ADAMS (美国MSC公司的机械系统动力学分析软件)建立伺服压力机传动机构运动学分析模型，获得伺服压力机曲柄一个旋转周期内曲柄转角Θ i和滑块位移h数据，i = 0,1,2,..., 360，即将曲柄旋转一周分成360个等份；所述的ADAMS是美国MSC公司的机械系统动力学分析软件的简称；
[0014]A2、根据傅里叶级数理论，将伺服压力机滑块运动轨迹h( Θ J描述为以曲柄转角QiS自变量，周期为[0，360° ]的傅里叶展开式，见式(1)，计算滑块运动轨迹的角度间隔δ，给定初始拟合精度ε = 0.0001，精度增加系数c = 10,最大谐波次数Nmax = 100,令N=1 ;
【权利要求】
1.一种伺服压力机拉深加工轨迹的优化设计方法，其特征在于:包括以下步骤: A、利用傅里叶级数理论，建立描述伺服压力机滑块运动轨迹的通用数学模型；具体包括如下步骤: Al、根据伺服压力机传动机构构型和机构尺寸，利用ADAMS (美国MSC公司的机械系统动力学分析软件)建立伺服压力机传动机构运动学分析模型，获得伺服压力机曲柄一个旋转周期内曲柄转角Θ i和滑块位移Iii数据，i = O, 1,2,..., 360，即将曲柄旋转一周分成360个等份；所述的ADAMS是美国MSC公司的机械系统动力学分析软件的简称； A2、根据傅里叶级数理论，将伺服压力机滑块运动轨迹h( Θ J描述为以曲柄转角为自变量，周期为[0，360° ]的傅里叶展开式，见式(1)，计算滑块运动轨迹的角度间隔δ，给定初始拟合精度ε = 0.0001，精度增加系数c = 10，最大谐波次数Nmax = 100，令N = I ；
【文档编号】G06F17/50GK103678829SQ201310752177
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】李建, 宋清玉, 殷文齐, 王建新 申请人:一重集团大连设计研究院有限公司, 中国第一重型机械股份公司