基于Pro—E的六连杆机构压力机优化设计

贾先

摘 要：使用Pro-E对六连杆机构压力机进行了优化设计。在整个优化过程中首先建立压力机六杆机构模型、进行敏感性分析，找出对压力机整个公称压力行程所用时间敏感的独立参数变化范围，以压力机公称压力行程12 mm内所用时间最大化为目标，以滑块行程65 mm为约束，通过对各个独立参数在其敏感范围里进行迭代运算，得出使压力机整个公称压力行程所用时间最大时各个独立参数的值，即最优解。通过优化使压力机在公称压力行程内最大速度和最大加速度明显下降，急回特性更加明显。

关键词：优化 压力机 六连杆机构 Pro-E

中图分类号：TG315.5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）09（a）-0077-02

传统的机械产品设计过程不是主动地设计产品的参数，未能真正的体现“设计”的含义[1]。一般首先进行市场调查，参照同类产品进行估算，确定产品的某些参数的初始值，然后验算机构的强度、刚度、稳定性等是否能满足要求，确定性能指标是否符合要求。如果不能满足性能指标的要求，设计人员将依据经验反复地进行分析计算—性能检验—参数修改，直到产品完全满足对产品性能指标要求。这种反复试验过程对经济和时间都是很大的浪费，而且仅凭经验修改参数后所得的结果并不一定是最优的设计方案。

机械优化设计通常首先分析对象的设计要求，建立数学模型，选择优化方法，编写计算机程序进行优化计算。机械压力机以工作平稳、操作条件好、生产率高、易于实现机械化与自动化的优点，占锻压机械比例的80%以上[2-3] ，六连杆机构机械压力机通用性好，是目前肘杆机构中用的较多的一种[4]。该文以六连杆机构压力机为例，把一些约束条件输入计算机，运用Pro-E 的敏感性分析、优化设计等模块，通过计算机的高速计算功能，得出使六连杆机构压力机性能有较大提高的最优解，缩短了研发周期，实现了优化设计的目标。

1 “连杆曲线”型六连杆机构

“连杆曲线”型六连杆机构原理如图1所示，它是利用铰链四杆机构O1ABO的一个特点，即连杆上延伸点的轨迹具有多样性，将连杆AB上外伸杆BC作为连杆滑块机构BCD原动件，整个六连杆机构可以通过调整参数R、R1、L1、L2、L3的长度或角的大小或机架上两点O、O1之间的相对位置，使执行构件滑块的运动特性发生改变，降低滑块工作行程的速度，提高機构空行程速度。六连杆机构结构简单，运动特性较好，由传动零件强度确定的滑块受力曲线比较高，因此通用性好，是滑块匀速位移多杆机构中用得较多的一种[1]。

此次优化的对象为六连杆机构，目标是降低压力机公称压力行程（压力机冲压过程）内的最大速度和最大加速度，使产品质量提高；在冲压过程中对模具的冲击降低，使模具寿命延长；机构的急回特性更加明显，提高滑块每分钟行程次数，提高生产效率。

2 对六连杆机构压力机进行优化分析

为了使压力机在冲压时具有良好的传力特性，要求滑块在下死点时OB、BC、CD3杆共线，即机构的压力角β=0°，所以O1A杆长度R1不是独立参数，应满足以下关系式。

对一手工设计的压力机建立Pro-E模型，其参数为：滑块行程为65 mm，公称压力行程为12 mm，压力机的各个参数为：R=20 mm，L1=55 mm，L2=115 mm，L3=100 mm，=135°，X=77 mm，Y=10 mm。

六连杆机构压力机优化过程中的约束条件为滑块行程65 mm，目标函数为在公称压力行程12 mm内最大速度和最大加速度最小化。

通过对压力机模型进行分析，六连杆机构的独立参数有7个：R、L1、L2、L3 、、X和Y，以在压力机公称压力行程12 mm内所用时间为衡量依据对6个独立参数进行敏感性分析，得出对公称压力行程内所用时间有较大影响的参数范围如表1所示，设定滑块行程次数200次/min，优化时以滑块行程65 mm为约束，在各个参数优化范围里进行优化，优化前后各个参数如表2所示。

在MATLAB中输出机构的优化前后的运动曲线，滑块的运动特性曲线如图2所示，公称压力行程内滑块的运动特性曲线如图3所示，机构的急回特性更加明显，公称压力行程内最大速度、最大加速度都降低了，达到了优化的目的。

3 结语

该文使用Pro-E建立了六连杆机构压力机的机构模型，对各个独立参数进行敏感性分析，找出各个独立参数对目标函数敏感性较高的变化范围，利用Pro-E优化模块，加上必要约束，通过改变独立参数值，实现了对六连杆机构压力机的优化设计。

（1）滑块的最大速度和最大加速度下降。压力机公称压力行程内的最大速度和最大加速度降低，使得滑块在公称压力行程速度低而均匀，可以提高拉延零件的质量；冲压时可以减小传动系统的动载，机身产生的冲击振动减小、噪音降低，减少模具磨损，使机床和模具的寿命提高。

（2）机构的急回特性更加明显，在满足相同板料合理拉延速度需要时，可增加滑块行程每分钟次数，提高生产效率。

参考文献

[1] 徐厚昌，朱银锋.基于Pro_E优化设计及仿真的综合运用[J].装备制造技术，2009（2）：65-66.

[2] 何德誉.曲柄压力机[M].北京：机械工业出版社，1981.

[3] 刘海彬.基于ADAMS的多连杆压力机参数化设计与优化研究[D].青岛：山东科技大学，2011.

[4] 赵升吨，张宗元，张贵成.回转头压力机不同的工作机构动态特性的研究[J].机床与液压，2014（11）：32-37.