混合驱动拉深压力机运动学优化综合与仿真

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4.混合驱动拉深压力机运动学优化综合与仿真收稿日期: 2003 12 04
基金项目:高等学校博士学科点专项科研基金项目 ( 2000005630)
资助
摘 要:提出了用于拉深工艺的混合驱动压力机的机构构型 ，并对其进行了正运动学分析;建立了混合驱动拉深压
力机优化设计的数学模型和方法。首先优化综合机构的几何参数 ，再用 10次 Bezier曲线优化伺服电机的运动规
律 ，从而可使滑块的输出运动能实现-组较理想的轨迹 ，通过仿真结果分析了混合驱动拉深压力机的优点。
关 键 词:混合驱动机构;压力机;拉深;优化设计;机构综合
中图分类号: TH315 . 5 文献标识码:A
Opti mum Syn thesis and S i mul a ti on of Hybr id2 Dr i ven M echan i ca l Press for Deep Drawi ng
L I Hui
( Shijiazhuang I nstitute of Rail way Technol ogy， Shijiazhuang 050041)
Abstract: A hybrid2 driven mechanical p ress for deep drawing is p resented . The analysis of for ward kine2
matics and op ti mum model are set up. Firstly， the geometrical parameters are synthesized . Secondly， the
slider′ smoti on rule are op ti mized by using Bezier curve . Therefore， by rightly designing the inputmoti on
of servomot or， the slider can pass thr ough a group ofmore desired traject ory . In the end， the advantage of
hybrid2 driven mechanical p ress are analyzed by the results of computer si mulati on .
Key words: Hybrid2 driven mechanis m;Mechanical p ress ; Deep drawing; Op ti mum design; Mechanis m
synthesis
曲柄滑块压力机广泛应用于板料冲压、 卞拉深工艺
中 ，但由于滑块的速度变化较大 ，因此曲柄滑块压力机不适
合拉深加工工艺[ 1～3 ]
。为了获得较稳定的滑块速度 ，压力
机生产厂家开发了多连杆压力机 ，但多连杆压力机结构复
杂且不能用于不同的拉深工艺。为了实现较适宜的滑块速
度特性 ，许多学者利用伺服电机作为驱动电机 ，开发了柔性
压力机[ 4～7 ]
。但由于伺服电机的功率有限且价格昂贵 ，使
其很难用于较大功率的压力机↑几年出现的混合驱动机
构的思想[ 8～13 ]
，即用常规电机提供主要动力 ，用伺服电机
起运动调节作用 ，将 2种类型的输入运动通过-个二自由
度机构合成后产生所需要的输出运动。这种系统既具有传
统机械系统的优点 ，又具有-定的柔性 ，能够通过伺服电机
的可控性提供多组输出运动规律。本文提出了混合驱动压
力机的机构构型 ，对混合驱动拉深压力机进行了尺寸综合
和优化设计 ，利用 Bezier曲线优化设计了伺服电机的运动
规律 ，实现了压力机滑块运动规律的柔性输出 ，并用 Matlab
软件对滑块的运动规律进行了仿真[ 14 ]
。
1 混合驱动压力机的正运动学分析
图 1所示为混合驱动拉深压力机机构，它由平面铰链
五杆机构 ABCDE与 Ⅱ 级杆组 CF串接而成。曲柄 AB由常
规恒速电机驱动，曲柄 DE由伺服电机驱动，为了改善压力
机滑块的受力条件，取 L1、 L2、 L6形成-条直线时作为滑块
位置的下死点 BDC (Bott om Dead Center) ，并痊块位移的
下死点作为滑块位移的起点 ， T DC ( Top Dead Center)为滑
块位移的上死点位置。
图 1混合驱动拉深压力机机构简图
根据图 1，可建立矢量方程
l
→
1 l
→
2 A
→
G G
→
F l
→
6 (1)
→ → → → →