伺服压力机仿真与工艺轨迹规划

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传统机械压力机由于工作模式固定、运动特性无法调节、工艺适应性较差,已经无法满足不同材料、不同冲压工艺的成形要求。随着伺服控制技术的发展,伺服压力机应运而生,与传统机械压力机相比,伺服压力机具有柔性化、智能化、制件精度高、噪声低和生产效率高等优点。伺服压力机通过控制伺服电机的转速,可以有效地控制滑块的位移、速度和加速度,从而满足不同材料不同成形工艺的要求。本文概述了伺服压力机的特点及其国内外研究现状,阐述了伺服压力机的对我国工业发展的重要性和研究伺服压力机的重要意义。通过分析典型冲压成形工艺的特点和滑块在不同运动模式下对冲压成形的影响,对伺服压力机滑块运动轨迹进行研究,提出了组合式正弦函数作为加速度曲线的加减速算法,来规划不同工艺滑块的运动轨迹曲线,使得滑块的运动轨迹更加柔顺平滑,大大增强了伺服压力机的工艺适应性,降低了压力机对伺服系统动态响应要求。并在此基础上阐述了伺服控制系统实现滑块运动的基本控制原理和有效的控制思路与方法,建立了伺服电机的控制模型。本文以JB042T曲柄压力机为原型,利用CATIA V5软件建立了其三维模型和整机装配模型。运用闭环矢量方程建立了伺服压力机曲柄滑块机构的运动学方程,结合MATLAB/Simulink对曲柄滑块机构进行了运动学仿真与分析;运用拉格朗日方程方程建立了曲柄滑块机构的动力学模型,从理论上推导出了曲柄驱动转矩的解析表达式。利用MATLAB/Simulink机械结构仿真平台SimMechanics建立了伺服压力机的虚拟样机,进行保压模式、整形模式和振动模式等典型加工工艺的运动学与动力学仿真试验,仿真结果为伺服系统的设计与控制提供了重要的参考依据。在MATLAB/Simulink平台下,通过逆向仿真,将滑块的工艺轨迹曲线作为系统模型的输入,通过仿真试验得到各种电机输入控制量,试验结果对改善伺服控制精度具有重要意义。并且本文所采用的试验方法,为今后各种伺服压力机的设计与控制提供了一种简单有效的研究方法。
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