大型伺服压力机综合优化分析
课题来源：
-
工信部科技重大专项：大型全伺服冲压生产线示范工程
-
工信部科技重大专项：大型伺服冲压生产线智能技术国际领先提升及应用工程
伺服压力机是基于伺服控制技术的一种新型冲压成形设备，和普通机械压力机相比，伺服压力机省去了众多传动部件，通过伺服控制程序的改变，可方便地调整滑块的运动曲线，能够满足不同材料、不同工艺的零件成形加工要求，具有加工柔性度好、成形精度高、节能增效等特性，现已在国内外制造业得到广泛的应用。压力机主传动机构的性能在很大程度上影响了加工过程中对于电动机转矩的需求，主传动机构构型的优化设计是大型伺服冲压生产线整线节拍提升的重要基础问题。此外，如何在兼顾效率和能耗的基础上，明确大型伺服压力机滑块运动轨迹的边界条件和目标函数，完成滑块运动轨迹的优化求解也是综合提高大型伺服冲压线生产效益的关键问题。
1.冲压过程仿真
建立大型伺服压力机主传动系统的运动学和动力学模型，利用复数矢量法对伺服压力机主传动系统进行运动学分析。借助MATLAB工具对压力机主传动系统进行运动学仿真分析，并在此基础上，为减少对驱动电机的功率需求，综合考虑工作阶段平均驱动转矩、工作阶段速度波动两者的共同影响，采用复合形法对主传动系统开展了尺度优化分析研究，为大型伺服压力机主传动的性能提升提供理论支撑。开发了运动学尺度优化设计软件，实现了如下功能：1）判断功能，2）运动分析功能，3）速度分析功能，4）压力角分析功能，5）侧向力分析功能，6）尺寸优化设计功能，7）比较分析功能。
六连杆传动机构运动学分析及优化GUI界面
2.运动学优化
压力机执行机构效率模型和摩擦模型问题是压力机执行机构动力学的经典问题。建立了动力学模型并进行了及惯量分析，分析了压力机效率模型，结合企业实验数据完成了摩擦力模型的求解。在此基础上，采取基于分界层的滑块轻量化设计方法进行了滑块轻量化设计。研究了冲压伺服线的能量管理方法，将压力机能量管理系统中的自动控制问题转化为飞轮速度的规划问题，以进线功率波动最小为目标，并采用B样条曲线拟合完成了速度规划。
压力机运动学和能耗优化
（3）轨迹优化
为提高加工的质量，降低控制难度，进行了合理的加减速控制和运动轨迹优化。根据关节处力与力矩关于时间的曲线，划分伺服压力机的典型工作循环，确定边界条件，采用S型加减速曲线，提高压力机工作效率。在工艺参数设定及给定冲压运动设置的情况下，并在能耗较低、电机扭矩波动较小的约束下获得伺服电机的转速、角速度、驱动力矩和输出功率等数据变化关系曲线。将关键点之间的转速曲线用七次多项式进行拟合，限制生产加工过程中的速度和转矩条件，综合考虑功耗和效率，完成滑块轨迹的优化设计，实现高效、高质量的冲压。
