伺服螺旋压力机上自由锻与机器人的优化控制研究

自由锻是金属坯料体积成形的一种基础工艺。目前自由锻工艺是在锤和液压机上实施的,压制工艺重复精度较低,锻件一致性低、余量大、公差大,造成了后续切削加工的浪费。开关磁阻伺服电机新技术的发展,使开关磁阻伺服螺旋压力机实现了数控功能,为螺旋压力机上自由锻带来了发展机遇。本文围绕伺服螺旋压力机上自由锻与机器人的控制技术进行研究,主要研究内容如下:(1)对自由锻用伺服螺旋压力机的最佳机型进行分析。以效率最高为目标函数,建立了伺服螺旋压力机机型优化的数学模型,对各种伺服螺旋压力机的传动结构及其综合刚度进行了比较分析,揭示了伺服螺旋压力机打击效率与综合刚度的关系;并对伺服直驱和花键直驱螺旋压力机的综合刚度进行了有限元分析,揭示了螺旋压力机的最优结构,阐明了直驱螺旋压力机具有高效率的机理。(2)提出了伺服直驱螺旋压力机上自由锻的数控成形方法,借助于直驱螺旋压力机主运动高速数控技术,通过引入当量刚度的概念,阐明了打击能量与打击力的关系;通过吨位仪的实时监测,实现了不同的打击速度、打击能量、打击力的数控。并使用DEFORM软件对自由锻工件进行了伺服成形不同参数的数值模拟,对工艺参数进行了分析,获得了圆柱Φ38mm自由锻镦粗工艺的最优参数。(3)对伺服直驱螺旋压力机上自由锻与机器人协调控制进行了研究,使用SolidWorks建立了伺服螺旋压力机和机器人的三维样机,对机器人进给运动的轨迹进行了规划,利用ADAMS确定了机器人夹持端位移与速度的变化情况,以连续工作循环时间最短为优化目标函数,确定了机器运动的最佳轨迹,确保了螺旋压力机主运动与机器人进给运动以最高效率动作的同时,机器人与螺旋压力机的关联运动不发生干涉。(4)利用高效率的伺服直驱螺旋压力机,采用优化后的工艺参数,进行了自由锻的实验,验证了仿真模拟的有效性和三段工艺参数的优势。对打击力的重复精度进行了数据分析,对不同自由锻件的尺寸一致性进行了分析,实际打击力与仿真模拟的结果误差在10%以内。论文研究结果表明,所进行的伺服直驱螺旋压力机上圆柱Φ38mm自由锻镦粗工艺,达到了打击效率0.8398,打击力重复误差小于2%,自由锻件尺寸偏差小于0.2mm的目标。本论文成果对自由锻工艺的变革有引导作用。

螺旋压力机; 自由锻; 伺服; 机器人; 优化;

山东省科技发展计划;

赵婷婷;

TG315;TP273

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