大型重载伺服机械压力机的关键技术及实验研究

摘要

大型重载冲压装备是制造产业链中的基础装备，特别是伺服电机驱动的机械压力机因技术含量高、设计和制造难度大在机械压力机装备中处于高档龙头产品地位，体现一个国家的先进制造水平。本文结合开发设计25000KN重载伺服压力机的需要，针对新型多伺服电机驱动机械压力机的构型设计和性能展开研究。提出了无过约束的多电机并联驱动压力机构型并综合出具有2、3、4、5和6驱动输入的压力机构型，以一种具有对称结构四伺服电机并联驱动的压力机构型为研究对象，系统地进行压力机的性能研究，包括运动性能与承载能力的协调匹配、误差建模和精度分析、静刚度建模和设计、动力学建模与驱动性能评价，同时提出一种分离参数的运动学标定方法，并通过实验验证了所提出运动学标定方法和动力学模型的工程有效性和可行性。本文的研究成果为大型重载伺服压力机的设计与性能研究提供新的构型方案和理论基础，主要内容如下:
　　 1.提出一种新型多输入无过约束并联驱动压力机构型，创新设计机械协调方式多伺服电动机驱动传动机构以满足伺服控制和承载能力需要，并采用基于GF集理论的并联机构设计方法综合出具有2、3、4、5和6输入的并联驱动压力机构型，并给出相应的结构设计方案。
　　 2.给出一种具有对称结构的4-(R)RPaR&PRPaR型四驱动压力机数学模型，讨论输出支链的力传递特性和输入支链位形对驱动力矩的影响，根据驱动器的实际输出能力构造出评价压力机最大承载能力的性能指标，提出具有多驱动单输出特性并联驱动压力机的均负荷驱动，通过规划驱动运动实现最大承载能力与均负荷性能的协调匹配。
　　 3.建立4-(R)RPaR&PRPaR型四驱动压力机的运动误差模型，借助灵敏度分析方法，在统计学意义下采用显著度指标定量揭示出几何误差源对末端误差的影响程度。同时在考虑机构部件弹性变形的条件下，根据静力分析和运动误差模型建立静刚度模型，并提出最小刚度总和条件下的各结构部件的刚度设计方法。
　　 4.根据并联驱动压力机构型中输出支链的运动构件几何参数误差不会对输入支链和动平台等运动构件的运动产生影响这一运动学特征，提出一种分离参数的运动学标定方法，并对上海交通大学重大装备设计与控制工程研究所与中国第一重型机械集团大连设计研究院联合设计的25000KN伺服压力机进行标定实验。
　　 5.提出考虑伺服电机转子惯量和平衡气缸气压变化的四电机驱动机械压力机传动机构的动力学模型，并给出满足冲压运动性能要求的五次多项式冲压工艺曲线规划方法，根据驱动力矩最小原则对平衡力进行了优化并建立了平衡气缸的力学模型，通过实验验证所建立动力学模型的有效性以及平衡重力对改善驱动性能的重要性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 机械压力机的概况

1．3 伺服电机驱动机械压力机的研究现状和发展动态

1．4 多驱动伺服压力机传动机构的构型设计

1．5 多驱动伺服压力机的承载性能

1．6 多驱动伺服压力机传动机构的误差建模与精度分析

1．7 多驱动伺服压力机动力学建模和驱动性能分析

1．8 课题意义以及主要研究内容

第二章 多驱动重载伺服压力机的构型设计

2．1 引言

2．2 基于GF集的并联机构构型设计理论基础

2．3 适用于伺服压力机的运动支链构型设计

2．4 双驱动伺服压力机构型

2．5 三驱动伺服压力机构型

2．6 四驱动伺服压力机构型

2．7 五驱动和六驱动伺服压力机构型

2．8 本章小节

第三章 具有对称结构四驱动伺服压力机的运动与承载性能

3．1 引言

3．2 具有对称结构四驱动伺服压力机的数学模型

3．3 四驱动伺服压力机的运动学建模

3．4 四驱动伺服压力机的承载性能

3．5 四驱动伺服压力机的均负荷驱动

3．6 本章小结

第四章 四驱动伺服压力机的误差建模与刚度特性

4．1 引言

4．2 机构误差建模的理论基础

4．3 四驱动伺服压力机误差建模

4．4 四驱动伺服压力机的误差灵敏度分析和精度预估

4．5 静刚度建模和结构部件刚度设计

4．6 本章小结

第五章 四驱动伺服压力机的运动学标定及实验

5．1 引言

5．2 分离参数的运动学标定

5．3 四驱动伺服压力机的运动学标定建模

5．4 四驱动压力机的运动学标定实验

5．5 四驱动压力机运动学标定结果分析

5．6 本章小结

第六章 四驱动压力机动力学建模和驱动性能实验研究

6．1 引言

6．2 四驱动压力机动力学建模的基本步骤

6．3 四驱动压力机运动部件的运动分析

6．4 四驱动压力机动力学建模

6．5 基于运动性能的冲压工艺曲线规划

6．6 四驱动压力机的驱动性能

6．7 四驱动压力机驱动性能的实验研究

6．8 本章小结

第七章 全文总结

7．1 研究内容总结

7．2 论文创新点

7．3 存在的问题以及研究展望

参考文献

攻读博士学位期间已发表或录用的论文

攻读博士学位期间申请和授权的专利

攻读博士学位期间参与的科研项目

致谢