基于Pro—E的六連桿機構壓力機優化設計

賈先

摘 要：使用Pro-E對六連桿機構壓力機進行了優化設計。在整個優化過程中首先建立壓力機六桿機構模型、進行敏感性分析，找出對壓力機整個公稱壓力行程所用時間敏感的獨立參數變化范圍，以壓力機公稱壓力行程12 mm內所用時間最大化為目標，以滑塊行程65 mm為約束，通過對各個獨立參數在其敏感范圍里進行迭代運算，得出使壓力機整個公稱壓力行程所用時間最大時各個獨立參數的值，即最優解。通過優化使壓力機在公稱壓力行程內最大速度和最大加速度明顯下降，急回特性更加明顯。

關鍵詞：優化 壓力機 六連桿機構 Pro-E

中圖分類號：TG315.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）09（a）-0077-02

傳統的機械產品設計過程不是主動地設計產品的參數，未能真正的體現“設計”的含義[1]。一般首先進行市場調查，參照同類產品進行估算，確定產品的某些參數的初始值，然后驗算機構的強度、剛度、穩定性等是否能滿足要求，確定性能指標是否符合要求。如果不能滿足性能指標的要求，設計人員將依據經驗反復地進行分析計算—性能檢驗—參數修改，直到產品完全滿足對產品性能指標要求。這種反復試驗過程對經濟和時間都是很大的浪費，而且僅憑經驗修改參數后所得的結果并不一定是最優的設計方案。

機械優化設計通常首先分析對象的設計要求，建立數學模型，選擇優化方法，編寫計算機程序進行優化計算。機械壓力機以工作平穩、操作條件好、生產率高、易于實現機械化與自動化的優點，占鍛壓機械比例的80%以上[2-3] ，六連桿機構機械壓力機通用性好，是目前肘桿機構中用的較多的一種[4]。該文以六連桿機構壓力機為例，把一些約束條件輸入計算機，運用Pro-E 的敏感性分析、優化設計等模塊，通過計算機的高速計算功能，得出使六連桿機構壓力機性能有較大提高的最優解，縮短了研發周期，實現了優化設計的目標。

1 “連桿曲線”型六連桿機構

“連桿曲線”型六連桿機構原理如圖1所示，它是利用鉸鏈四桿機構O1ABO的一個特點，即連桿上延伸點的軌跡具有多樣性，將連桿AB上外伸桿BC作為連桿滑塊機構BCD原動件，整個六連桿機構可以通過調整參數R、R1、L1、L2、L3的長度或角的大小或機架上兩點O、O1之間的相對位置，使執行構件滑塊的運動特性發生改變，降低滑塊工作行程的速度，提高機構空行程速度。六連桿機構結構簡單，運動特性較好，由傳動零件強度確定的滑塊受力曲線比較高，因此通用性好，是滑塊勻速位移多桿機構中用得較多的一種[1]。

此次優化的對象為六連桿機構，目標是降低壓力機公稱壓力行程（壓力機沖壓過程）內的最大速度和最大加速度，使產品質量提高；在沖壓過程中對模具的沖擊降低，使模具壽命延長；機構的急回特性更加明顯，提高滑塊每分鐘行程次數，提高生產效率。

2 對六連桿機構壓力機進行優化分析

為了使壓力機在沖壓時具有良好的傳力特性，要求滑塊在下死點時OB、BC、CD3桿共線，即機構的壓力角β=0°，所以O1A桿長度R1不是獨立參數，應滿足以下關系式。

對一手工設計的壓力機建立Pro-E模型，其參數為：滑塊行程為65 mm，公稱壓力行程為12 mm，壓力機的各個參數為：R=20 mm，L1=55 mm，L2=115 mm，L3=100 mm，=135°，X=77 mm，Y=10 mm。

六連桿機構壓力機優化過程中的約束條件為滑塊行程65 mm，目標函數為在公稱壓力行程12 mm內最大速度和最大加速度最小化。

通過對壓力機模型進行分析，六連桿機構的獨立參數有7個：R、L1、L2、L3 、、X和Y，以在壓力機公稱壓力行程12 mm內所用時間為衡量依據對6個獨立參數進行敏感性分析，得出對公稱壓力行程內所用時間有較大影響的參數范圍如表1所示，設定滑塊行程次數200次/min，優化時以滑塊行程65 mm為約束，在各個參數優化范圍里進行優化，優化前后各個參數如表2所示。

在MATLAB中輸出機構的優化前后的運動曲線，滑塊的運動特性曲線如圖2所示，公稱壓力行程內滑塊的運動特性曲線如圖3所示，機構的急回特性更加明顯，公稱壓力行程內最大速度、最大加速度都降低了，達到了優化的目的。

3 結語

該文使用Pro-E建立了六連桿機構壓力機的機構模型，對各個獨立參數進行敏感性分析，找出各個獨立參數對目標函數敏感性較高的變化范圍，利用Pro-E優化模塊，加上必要約束，通過改變獨立參數值，實現了對六連桿機構壓力機的優化設計。

（1）滑塊的最大速度和最大加速度下降。壓力機公稱壓力行程內的最大速度和最大加速度降低，使得滑塊在公稱壓力行程速度低而均勻，可以提高拉延零件的質量；沖壓時可以減小傳動系統的動載，機身產生的沖擊振動減小、噪音降低，減少模具磨損，使機床和模具的壽命提高。

（2）機構的急回特性更加明顯，在滿足相同板料合理拉延速度需要時，可增加滑塊行程每分鐘次數，提高生產效率。

參考文獻

[1] 徐厚昌，朱銀鋒.基于Pro_E優化設計及仿真的綜合運用[J].裝備制造技術，2009（2）：65-66.

[2] 何德譽.曲柄壓力機[M].北京：機械工業出版社，1981.

[3] 劉海彬.基于ADAMS的多連桿壓力機參數化設計與優化研究[D].青島：山東科技大學，2011.

[4] 趙升噸，張宗元，張貴成.回轉頭壓力機不同的工作機構動態特性的研究[J].機床與液壓，2014（11）：32-37.