機械壓力機6連桿機構優化設計

王潔妍

（玉溪工業財貿學校，云南玉溪 653100）

0 引言

6 連桿機構作為一種拉伸成型的現代化工藝，能夠實現無切削、少切削加工。在工業生產過程中，6 連桿機構拉伸工藝能有效提高生產效率，提高產品加工質量，降低生產加工成本。作為一種拉伸成型的加工設備，壓力機開始在社會各行各業中發揮出重要作用，例如：汽車制造、國防軍事、化工機械等。

1 六連桿機構運行特點

20 世紀60 年代，我國汽車行業不斷發展，多工位壓力機得以發展。多工位壓力機能夠實現對汽車覆蓋件的高速加工。多工位壓力機多以雙點、4 點對稱結構出現，常見執行機構為6 連桿或8 連桿，能夠對覆蓋件進行拉伸處理，最高公稱壓力可以達到68 MN。目前，這種連桿壓力機仍然在制造業發揮著不可取代的作用。直到20 世紀70～80 年代，我國工業生產基本能夠做到對壓力系統的制造與控制，將國外關鍵技術原理引進到國內，綜合機械設備生產供給，可以進一步推進壓力機研發進度。但當前社會開始向著現代化方向轉變，傳統壓力機已無法滿足生產需求，6 連桿伺服壓力機開始成為新的發展方向，并且已經在發達國家實現成熟應用。

6 連桿機構機動組屬于多連桿機構的分支單元，內部機構參數可以按照實際機動運作情況及時調控，機構內部組成復雜多樣。目前我國相關部門對6 連桿機構結構的設計討論主要針對內部結構、運動原理、系統內容以及誤差模糊預測等內容。現階段我國技術人員對6 連桿機構結構的系統優化重點是正置結構力，而對于偏置6 連桿機構的關注相對較低。6 連桿機構系統運作時，系統設計也大部分關注于建立在運動力學的原理上，對桿系尺寸進行變動，對于機構的受力性能分析不多，曲柄滑塊設計的壓力機組通過6 連桿機構設計，可以做到更完善的拉深動作，符合現代化工業生產的質量要求。6 連桿機構壓力機系統的設計核心，首先要確定機動組滑塊效果和系統沖壓次數是否穩定，對此要盡可能降低拉深過程的滑塊動作速度。另外，為了加快生產速度，提高生產效率。技術人員應在現有基礎上，不斷創新6 連桿機構的系統設計。而且，6 連桿結構機組下死點位置的精準度以及滑塊位移效果、生產工作臺的垂直度等具體參數都關系到沖壓組件的制作質量，而未來行業生產將如何提高下死點位置精度以及滑塊位移垂直度，也是此類壓力機進行體統設計時應注意的問題[1]。

2 機械壓力機6 連桿機構優化設計

2.1 傳動系統分布設計

壓力機傳動系統的作用就是把電機的轉動方式轉換成為上下移動效果，而且在傳遞轉矩時，滑塊自身會通過數次的運動。例如：傳動單位的安排或設計，傳動減速情況等一系列問題。以往傳動系統設計優劣會直接影響壓力機的工作效率與加工質量。壓力機傳動系統結構可分為上、下傳動兩種方式，系統位于工作區域上方是上傳動，處在下方時是下傳動。下方動作的優勢是能有效減少壓力機的重心作用力，保證壓力機處于相對安全、平穩的環境。上傳動的特點是更方便人員后期安裝或維修機組。考慮機組安裝運維時的便捷效果，當前我國壓力機的傳動設計大多數采用上傳動方式。各級減速的科學分配同樣關鍵，帶傳動的速比值不能超出7～9，齒輪傳動的速比應該控制在8～10。在實現速比分配過程中，要保證結構的精密性，還要設置合適的尺寸比例。本文所研究的6 連桿機械壓力機類型通過伺服電機驅動，因此為確保6 連桿傳動機構尺寸布局符合操作需求，應不斷調控傳動界面的結構布局。

2.2 壓力機的參數計算

壓力機處于下死點時，連桿受力狀態可以最大化，當受力狀態保持最大程度時，6 連桿對機組連接處能夠承受的載荷效應力相對較高，銷軸組件對壓力機的所能承受的最大效應力，直接關系到壓力機工作的穩定性與安全性。因此在進行系統設計與優化時，需要對下死點位置處三角桿和連桿鉸鏈連接處銷軸進行受力分析。軸銷組件在整個壓力機中起到的是連接作用，運行過程中很容易受到外部因素的剪切與擠壓力影響，因此在進行優化設計時，壓力機尺寸的參數應由被剪斷的情況來判斷，運用軸銷的剪切強度計算公式處理。壓力機處在動作期間，壓力機設備生產動能主要來自伺服電機設備轉矩，而轉矩與壓力機公稱壓力，滑塊位移頻率，滑塊位移速度，機組總轉動等內容有直接關系。例如：初取伺服電機的過載倍數為3.0，則伺服電機的額定轉矩約為67.33 N·m

2.3 連桿機靜力學分析

建立連桿機三維模型后，應用OS 軟件對其進行分解處理，OS 系統可以對零件以及裝配組件的動力學狀態、靜力學狀態、固定振動頻率、模態、阻尼、熱應力數值進行綜合分析。在對系統中單個零件進行處理時，專家學者可以有限找到零件或其他裝配體在多種工作環境中出現的反應，這就需要分析出多種運行狀態，找到材料與工作環境之間的關系。運行仿真計算前，應判斷出指定的分析類型所對應的材料屬性。在判斷靜力學數值時，需要一直觀察環境對機身的影響，滿足邊界條件，并施加的載荷壓力機在達到公稱壓力時，也就是下死點位置附近，6 連桿機動組受到的載荷效應力會達到最大狀態[2]。

2.4 機組建模形態分析

分析6 連桿結構機組的工作狀況，傳動系統設計僅依靠靜態設計以及工作人員的經驗已無法滿足工程的操作預期。因此相關人員在處理壓力機系統時，可以優先結合系統運作中出現的動態因素對壓力機的影響，保證機身工件運作的效果、抗振性、穩定性以及可靠性。通過建模分析機組形態能實現結構動力的動態化運作。分析靜態下無法解決的特性問題，然后結合模態數據，例如：固定運動頻率、固定振動頻率、建模剛度和阻尼等，精準預判動作狀態下系統的振動效果。通過對模態的分析找到系統響應的故障節點，并以此找出系統載荷的問題，找到系統故障的振動位置或節點位置。壓力機處于工作狀態時，機身模態和壓力機振動頻率相同時，2 個單元會出現共振，很容易導致工作穩定性降低，出現過大噪聲。因此在處理機身模態時，首先需要從壓力機機身各階段固定頻率入手，固有頻率需要和電機工作頻率錯開。而壓力機中的低階固定頻率也需要和壓力機工作頻率錯開。壓力機滑塊的前后移動速度、左右振動頻率或其他搖桿的扭動效果，都關系到最終壓力機的工藝拉伸精密度，而且因為組件處于振動狀態，模具對應的使用年限也會降低。為了縮小振幅頻率，在優化6 連桿機組時提高上梁彎曲程度。第四階段與第六階段都是壓力機的局部振動區域，雖然這種局部振動對壓力機的工藝精度或模具應用年限的影響較少，但局部振動會帶來噪聲，因此也需要對上機身結構采取進一步加強處理。

2.5 虛擬樣機模型

虛擬樣機模型建設也是優化機組的重要內容，在運行過程中，伺服電機通過同步帶傳動協同運作和齒輪傳動二級減速，使用6 連桿機構機組，將電機的轉動方式轉換為滑塊上下位移，在處理伺服電機控制系統時，可以在滑塊經過的區間設置數據檢測器，對滑塊經過的位置點統一監測，伺服電機曲柄安裝編碼器，便于及時采取曲柄轉角信號，將信號反饋給中央控制器。一套設計優良的機械壓力機系統結構不僅要保證組件工藝的鍛沖要求，同時還要符合組件急回特性或相關設計數據。如果單純將調整鍛沖滑塊效率作為系統優化要求，則結構變動很容易影響機械壓力機其他單元的參數設計要求。因此不僅要將降低鍛沖階段滑塊速度為首要優化目標，同時也要在6 連桿機構到達上死位置時，控制BE 桿擺角在合理范圍內，以提高機械設備的急回特性。如果在設計六連桿機構時，一味地將降低機械壓力或者調整鍛沖階段滑塊速度，那么在對數據進行求解過程中，優化算法也會順著降低目標值的要求進行操作，最終反饋得到的機組設計方案，很大程度上會導致機械壓力機的傳動角達不到對應需要。

3 結語

通過對6 連桿機構系統采取優化處理，能有效提高工業生產效率，該技術最早起源于20 世紀70 年代，歷經控制技術的發展而日漸成熟，對系統進行優化，可以實現壓力機的柔性運行，保證壓力機靈活高效地運作。