一種關(guān)于伺服沖床主軸非勻速運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)的分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于控制與制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種關(guān)于伺服沖床主軸非勻速運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)的分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]伺服沖床改變了傳統(tǒng)沖床曲軸運(yùn)動(dòng)模式單一，工藝適應(yīng)性差的特點(diǎn)，可以根據(jù)不同的加工工藝自由設(shè)定滑塊運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)，有助于提高生產(chǎn)率，提高產(chǎn)品成形質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)柔性加工。伺服沖床的主軸在這里是指，伺服電機(jī)直接或者通過(guò)減速機(jī)構(gòu)間接驅(qū)動(dòng)的心軸，具體形式可以是曲軸，絲杠，偏心齒輪軸。沖床曲軸的運(yùn)動(dòng)與控制直接影響著滑塊的運(yùn)動(dòng)軌跡，是決定工件成形質(zhì)量和加工效率的重要因素。
[0003]目前，針對(duì)伺服沖床加工工藝曲線(xiàn)的規(guī)劃基本上采用建立高次曲線(xiàn)模型及擬合給定曲線(xiàn)的方法去實(shí)現(xiàn)，其基本思路是針對(duì)工藝要求擬定曲線(xiàn)幾何參數(shù)，在關(guān)鍵控制點(diǎn)間通過(guò)調(diào)整高等曲線(xiàn)的擬合效果，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)曲線(xiàn)幾何連續(xù)性的要求。諸如基于樣條等高等曲線(xiàn)的加工工藝曲線(xiàn)規(guī)劃方法，雖然規(guī)劃結(jié)果可以滿(mǎn)足所要求的曲線(xiàn)幾何特性限制，但可行性不高，對(duì)于伺服控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理和加減速性能均要求較高，可控性能不高。
[0004]伺服沖床曲軸非勻速運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)分析關(guān)鍵在于對(duì)加工過(guò)程中工作區(qū)間以及滑塊經(jīng)過(guò)關(guān)鍵位置控制點(diǎn)的曲線(xiàn)擬合優(yōu)化問(wèn)題。伺服沖床對(duì)于伺服電機(jī)加減速能力的要求并不高，簡(jiǎn)單、有效、可行，而又符合加工工藝曲線(xiàn)相關(guān)特性，并能綜合考慮伺服電機(jī)動(dòng)態(tài)特性的軌跡規(guī)劃方法是伺服沖床工藝曲線(xiàn)規(guī)劃研宄的方向。
[0005]傳統(tǒng)工藝曲線(xiàn)軌跡規(guī)劃的弊端在于，片面追求滑塊位移曲線(xiàn)的連續(xù)性導(dǎo)致伺服電機(jī)根本達(dá)不到軌跡規(guī)劃曲線(xiàn)所對(duì)應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速變化曲線(xiàn)的變化效果，或者相關(guān)算法的實(shí)現(xiàn)，增加了電機(jī)的無(wú)用負(fù)荷，以及整個(gè)控制系統(tǒng)的信息處理量。伺服沖床有著不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，由于滑塊位移與相關(guān)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系的改變，對(duì)于滑塊曲線(xiàn)的規(guī)劃并不是一成不變的，因此曲軸非勻速運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)的分析方法應(yīng)該具有廣泛的適應(yīng)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種關(guān)于伺服沖床曲軸非勻速運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)的分析方法。解決現(xiàn)有技術(shù)片面追求滑塊位移曲線(xiàn)的連續(xù)性導(dǎo)致伺服電機(jī)根本達(dá)不到軌跡規(guī)劃曲線(xiàn)所對(duì)應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速變化曲線(xiàn)的變化的問(wèn)題。
[0007]本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]1、滑塊運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)的幾何特性制定
[0009]1-1、分析用戶(hù)提供數(shù)據(jù)
[0010]圖2為伺服沖床中曲柄滑塊式結(jié)構(gòu)的工作簡(jiǎn)圖。伺服沖床作業(yè)時(shí)，曲軸I以設(shè)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，并通過(guò)連桿2帶動(dòng)滑塊3做上下循環(huán)運(yùn)動(dòng)從而完成沖壓作業(yè)?；瑝K3與上模具4固定，下模具6與工作臺(tái)7固定，坯料5介于上模具4與下模具6之間；
[0011]依據(jù)待沖壓件的材料、工藝、及成形要求，設(shè)定伺服沖床工作周期長(zhǎng)度，確立滑塊工作區(qū)間，計(jì)算伺服沖床周期區(qū)間內(nèi)關(guān)鍵位置控制點(diǎn)的位置參數(shù)和時(shí)間參數(shù)；
[0012]1-2、選取沖壓模式
[0013]根據(jù)該沖壓件所用材料特性選取沖壓模式，進(jìn)而確立工作區(qū)間內(nèi)滑塊運(yùn)動(dòng)的規(guī)律；
[0014]1-3、設(shè)置限制條件
[0015]設(shè)置伺服沖床滑塊3在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)的各關(guān)鍵位置控制點(diǎn)之間的幾何限制條件；
[0016]2、滑塊運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)的分段
[0017]對(duì)滑塊3的一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期進(jìn)行分區(qū)，依據(jù)工藝要求設(shè)置各分區(qū)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)；運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)是指伺服沖床工作常規(guī)曲線(xiàn)，包括保壓直線(xiàn)段、勻速直線(xiàn)段、等加減速曲線(xiàn)、正弦加速曲線(xiàn)等；
[0018]2-1、滑塊運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期的初劃分見(jiàn)圖3:滑塊空載下行區(qū)Ql ;滑塊工作區(qū)Q2 ;滑塊回程區(qū)Q3 ；
[0019]2-2、滑塊工作區(qū)Q2細(xì)劃分:根據(jù)沖壓工藝及運(yùn)動(dòng)精度的要求對(duì)滑塊工作區(qū)Q2劃分成若干個(gè)片段，每個(gè)片段根據(jù)所需采用相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)；
[0020]3、劃分后各分區(qū)及片段相鄰處的過(guò)渡修正
[0021]針對(duì)各個(gè)分區(qū)及片段的運(yùn)動(dòng)參數(shù)要求，在相鄰分區(qū)或片段連接點(diǎn)兩側(cè)的曲線(xiàn)上選取合適的修正點(diǎn)；具體如下:
[0022]3-1、依據(jù)連接點(diǎn)兩側(cè)的運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)段的幾何特性要求，確定一對(duì)修正點(diǎn)的幾何參數(shù)；
[0023]3-2、在每一對(duì)修正點(diǎn)之間插補(bǔ)過(guò)渡曲線(xiàn)；
[0024]3-3、計(jì)算步驟3-2中過(guò)渡區(qū)線(xiàn)的誤差，驗(yàn)證是否滿(mǎn)足滑塊運(yùn)動(dòng)的精度要求。若不滿(mǎn)足則重復(fù)步驟3-1與步驟3-2，若滿(mǎn)足則進(jìn)行下一步；
[0025]4、曲軸非勻速運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)分析
[0026]針對(duì)經(jīng)過(guò)步驟1、2、3規(guī)劃后的滑塊運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)，結(jié)合沖床運(yùn)動(dòng)狀態(tài)空間方程Θ (t)=F(S(t))，即曲軸I瞬時(shí)角位移與滑塊3位移之間的關(guān)系，獲取曲軸運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)組合；
[0027]5、曲線(xiàn)片段數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)
[0028]記錄步驟4中獲取的曲軸運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)組合，對(duì)適應(yīng)不同工藝要求的曲線(xiàn)片段數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄存儲(chǔ)，便于在其他規(guī)劃中直接提取應(yīng)用。
[0029]本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn):
[0030]I)、本發(fā)明基于伺服沖床常規(guī)運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)段的幾何特征，通過(guò)修正點(diǎn)過(guò)渡構(gòu)造符合精度要求的滑塊運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)，降低了連接曲線(xiàn)片段之間的電機(jī)控制系統(tǒng)的信號(hào)處理量。
[0031]2)、針對(duì)不同工藝要求，對(duì)常規(guī)曲線(xiàn)進(jìn)行分段規(guī)劃，在滿(mǎn)足工藝曲線(xiàn)幾何特性要求的條件下，生成符合精度要求的滑塊運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)。在不同伺服沖床運(yùn)動(dòng)狀態(tài)空間方程下，提供一種有效的伺服沖床曲軸非勻速運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)的分析方法，為加工工藝曲線(xiàn)的規(guī)劃及電機(jī)控制方案的擬定建立了可靠的保證。
[0032]3)、提高了伺服沖床加工工藝曲線(xiàn)規(guī)劃的工藝適應(yīng)性，用戶(hù)也可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，對(duì)伺服電機(jī)的速度控制方案做出相應(yīng)的調(diào)整。
【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1為本發(fā)明伺服沖床曲軸非勻速運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)分析方法流程圖；
[0034]圖2為曲柄滑塊式伺服沖床工作結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖3為滑塊運(yùn)動(dòng)位移曲線(xiàn)簡(jiǎn)圖；
[0036]圖4為某加工工藝(I)滑塊常規(guī)運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)和行程周期分段圖；
[0037]圖5為某加工工藝(I)滑塊運(yùn)動(dòng)分段規(guī)劃圖；
[0038]圖6為某加工工藝(I)滑塊運(yùn)動(dòng)連接處過(guò)渡修正圖；
[0039]圖7為某加工工藝⑴優(yōu)化后的滑塊運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)圖；
[0040]圖8為某加工工藝(2)滑塊常規(guī)運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)和行程周期分段圖；
[0041]圖9為某加工工藝(2)滑塊運(yùn)動(dòng)分段規(guī)劃圖；
[0042]圖10為某加工工藝(2)滑塊運(yùn)動(dòng)連接處過(guò)渡修正圖；
[0043]圖11為某加工工藝(2)優(yōu)化后的滑塊運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，圖1所示為本發(fā)明伺服沖床曲軸非勻速運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)分析方法流程圖。
[0045]在伺服沖床曲軸非勻速運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)分析方法流程中，滑塊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的部分區(qū)間及關(guān)鍵位置控制點(diǎn)的參數(shù)范圍可以通過(guò)用戶(hù)給定參數(shù)直接或間接推導(dǎo)而得，但滑塊運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)完整的幾何參數(shù)并不會(huì)完全由這些關(guān)鍵點(diǎn)參數(shù)直接確定，即滑塊運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)的一部分參數(shù)是不確定的，因此通過(guò)對(duì)滑塊運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)各個(gè)曲線(xiàn)段及關(guān)鍵位置控制點(diǎn)的規(guī)劃，就可以滿(mǎn)足不同工藝條件的要求。
[0046]本發(fā)明伺服沖床曲軸非勻速運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)分析方法，用于實(shí)現(xiàn)伺服沖床不同沖壓模式和不同沖壓工藝下的滑塊運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)規(guī)劃，針對(duì)不同的規(guī)劃目標(biāo)在滿(mǎn)足軌跡幾何學(xué)特性要求的前提下，尋得不同沖壓工藝要求條件下適應(yīng)電機(jī)特性的最優(yōu)解，提高工藝曲線(xiàn)的工藝適應(yīng)性。本發(fā)明的核心任務(wù)就是通過(guò)對(duì)滑塊運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)的分段規(guī)劃及連接處的過(guò)渡修正，提高伺服沖床曲軸非勻速運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)分析的可操作性。
[0047]實(shí)施案例⑴:靜音沖裁
[0048]靜音沖裁是在板材的斷裂分離階段，采取滑塊停留一段時(shí)間的措施，控制板材彈性能的釋放速度，達(dá)到降低噪音的目的。如圖4所示為該工藝下滑塊常規(guī)運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)和行程周期分段圖。
[0049]1、滑塊運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)的幾何特性設(shè)計(jì)
[0050]1.1、分析用戶(hù)提供數(shù)據(jù)
[0051]用戶(hù)數(shù)據(jù):板材加工厚度為15毫米；要求實(shí)際加工時(shí)間為1.0?1.3秒；伺服沖床滑塊行程為40毫米。針對(duì)用戶(hù)提供數(shù)據(jù)可以設(shè)定沖裁次數(shù)為20次/分鐘，一個(gè)完整工作周期長(zhǎng)度為3秒。
[0052]1.2、選取沖壓模式
[0053]設(shè)定工作模式為沖裁加工模式即:快速下降一慢速?zèng)_裁一快速回程。
[0054]1.3、設(shè)置限制條件
[0055]對(duì)所有關(guān)鍵位置控制點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)的幾何參數(shù)設(shè)置限制條件，如圖4所示。關(guān)鍵位置控制點(diǎn)A、B、C、D在一個(gè)滑塊運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)的相對(duì)位置坐標(biāo)參數(shù)和相對(duì)時(shí)間坐標(biāo)參數(shù)，分別為 A (O，40)、B (Xb, 17)、C (Xc，O)、D (3，40)、且有 X。一 X b= 1.2，這里是根據(jù)加工時(shí)間要求來(lái)預(yù)設(shè)初值為1.2，同時(shí)由于慢速?zèng)_裁開(kāi)始點(diǎn)應(yīng)高于加工厚度，即B點(diǎn)縱坐標(biāo)預(yù)設(shè)為17。點(diǎn)B點(diǎn)C橫坐標(biāo)待定。
[0056]2、滑塊運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)的分段
[0057]對(duì)滑塊的一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期進(jìn)行分區(qū)，依據(jù)工藝要求設(shè)置各分區(qū)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)。
[0058]2.1、滑塊運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期初劃分:如圖4中折線(xiàn)所示，整個(gè)行程周期分為三個(gè)區(qū)間即滑塊空載下行區(qū)AB、滑塊工作區(qū)BC、滑塊回程區(qū)⑶。
[0059]2.2、滑塊空載下行區(qū)AB設(shè)定為基本正弦加速曲線(xiàn)、滑塊工作區(qū)BC需要進(jìn)一步劃分、滑塊回程區(qū)CD設(shè)定為基本正弦加速曲線(xiàn)，如圖5所示。根據(jù)正弦曲線(xiàn)的規(guī)律，可以進(jìn)一步推得B點(diǎn)橫坐標(biāo)為Xb= 0.62、C點(diǎn)橫坐標(biāo)為X。= 1.82。
[0060]2.3、滑