机械压力机6连杆机构优化设计

王洁妍

（玉溪工业财贸学校，云南玉溪 653100）

0 引言

6 连杆机构作为一种拉伸成型的现代化工艺，能够实现无切削、少切削加工。在工业生产过程中，6 连杆机构拉伸工艺能有效提高生产效率，提高产品加工质量，降低生产加工成本。作为一种拉伸成型的加工设备，压力机开始在社会各行各业中发挥出重要作用，例如：汽车制造、国防军事、化工机械等。

1 六连杆机构运行特点

20 世纪60 年代，我国汽车行业不断发展，多工位压力机得以发展。多工位压力机能够实现对汽车覆盖件的高速加工。多工位压力机多以双点、4 点对称结构出现，常见执行机构为6 连杆或8 连杆，能够对覆盖件进行拉伸处理，最高公称压力可以达到68 MN。目前，这种连杆压力机仍然在制造业发挥着不可取代的作用。直到20 世纪70～80 年代，我国工业生产基本能够做到对压力系统的制造与控制，将国外关键技术原理引进到国内，综合机械设备生产供给，可以进一步推进压力机研发进度。但当前社会开始向着现代化方向转变，传统压力机已无法满足生产需求，6 连杆伺服压力机开始成为新的发展方向，并且已经在发达国家实现成熟应用。

6 连杆机构机动组属于多连杆机构的分支单元，内部机构参数可以按照实际机动运作情况及时调控，机构内部组成复杂多样。目前我国相关部门对6 连杆机构结构的设计讨论主要针对内部结构、运动原理、系统内容以及误差模糊预测等内容。现阶段我国技术人员对6 连杆机构结构的系统优化重点是正置结构力，而对于偏置6 连杆机构的关注相对较低。6 连杆机构系统运作时，系统设计也大部分关注于建立在运动力学的原理上，对杆系尺寸进行变动，对于机构的受力性能分析不多，曲柄滑块设计的压力机组通过6 连杆机构设计，可以做到更完善的拉深动作，符合现代化工业生产的质量要求。6 连杆机构压力机系统的设计核心，首先要确定机动组滑块效果和系统冲压次数是否稳定，对此要尽可能降低拉深过程的滑块动作速度。另外，为了加快生产速度，提高生产效率。技术人员应在现有基础上，不断创新6 连杆机构的系统设计。而且，6 连杆结构机组下死点位置的精准度以及滑块位移效果、生产工作台的垂直度等具体参数都关系到冲压组件的制作质量，而未来行业生产将如何提高下死点位置精度以及滑块位移垂直度，也是此类压力机进行体统设计时应注意的问题[1]。

2 机械压力机6 连杆机构优化设计

2.1 传动系统分布设计

压力机传动系统的作用就是把电机的转动方式转换成为上下移动效果，而且在传递转矩时，滑块自身会通过数次的运动。例如：传动单位的安排或设计，传动减速情况等一系列问题。以往传动系统设计优劣会直接影响压力机的工作效率与加工质量。压力机传动系统结构可分为上、下传动两种方式，系统位于工作区域上方是上传动，处在下方时是下传动。下方动作的优势是能有效减少压力机的重心作用力，保证压力机处于相对安全、平稳的环境。上传动的特点是更方便人员后期安装或维修机组。考虑机组安装运维时的便捷效果，当前我国压力机的传动设计大多数采用上传动方式。各级减速的科学分配同样关键，带传动的速比值不能超出7～9，齿轮传动的速比应该控制在8～10。在实现速比分配过程中，要保证结构的精密性，还要设置合适的尺寸比例。本文所研究的6 连杆机械压力机类型通过伺服电机驱动，因此为确保6 连杆传动机构尺寸布局符合操作需求，应不断调控传动界面的结构布局。

2.2 压力机的参数计算

压力机处于下死点时，连杆受力状态可以最大化，当受力状态保持最大程度时，6 连杆对机组连接处能够承受的载荷效应力相对较高，销轴组件对压力机的所能承受的最大效应力，直接关系到压力机工作的稳定性与安全性。因此在进行系统设计与优化时，需要对下死点位置处三角杆和连杆铰链连接处销轴进行受力分析。轴销组件在整个压力机中起到的是连接作用，运行过程中很容易受到外部因素的剪切与挤压力影响，因此在进行优化设计时，压力机尺寸的参数应由被剪断的情况来判断，运用轴销的剪切强度计算公式处理。压力机处在动作期间，压力机设备生产动能主要来自伺服电机设备转矩，而转矩与压力机公称压力，滑块位移频率，滑块位移速度，机组总转动等内容有直接关系。例如：初取伺服电机的过载倍数为3.0，则伺服电机的额定转矩约为67.33 N·m

2.3 连杆机静力学分析

建立连杆机三维模型后，应用OS 软件对其进行分解处理，OS 系统可以对零件以及装配组件的动力学状态、静力学状态、固定振动频率、模态、阻尼、热应力数值进行综合分析。在对系统中单个零件进行处理时，专家学者可以有限找到零件或其他装配体在多种工作环境中出现的反应，这就需要分析出多种运行状态，找到材料与工作环境之间的关系。运行仿真计算前，应判断出指定的分析类型所对应的材料属性。在判断静力学数值时，需要一直观察环境对机身的影响，满足边界条件，并施加的载荷压力机在达到公称压力时，也就是下死点位置附近，6 连杆机动组受到的载荷效应力会达到最大状态[2]。

2.4 机组建模形态分析

分析6 连杆结构机组的工作状况，传动系统设计仅依靠静态设计以及工作人员的经验已无法满足工程的操作预期。因此相关人员在处理压力机系统时，可以优先结合系统运作中出现的动态因素对压力机的影响，保证机身工件运作的效果、抗振性、稳定性以及可靠性。通过建模分析机组形态能实现结构动力的动态化运作。分析静态下无法解决的特性问题，然后结合模态数据，例如：固定运动频率、固定振动频率、建模刚度和阻尼等，精准预判动作状态下系统的振动效果。通过对模态的分析找到系统响应的故障节点，并以此找出系统载荷的问题，找到系统故障的振动位置或节点位置。压力机处于工作状态时，机身模态和压力机振动频率相同时，2 个单元会出现共振，很容易导致工作稳定性降低，出现过大噪声。因此在处理机身模态时，首先需要从压力机机身各阶段固定频率入手，固有频率需要和电机工作频率错开。而压力机中的低阶固定频率也需要和压力机工作频率错开。压力机滑块的前后移动速度、左右振动频率或其他摇杆的扭动效果，都关系到最终压力机的工艺拉伸精密度，而且因为组件处于振动状态，模具对应的使用年限也会降低。为了缩小振幅频率，在优化6 连杆机组时提高上梁弯曲程度。第四阶段与第六阶段都是压力机的局部振动区域，虽然这种局部振动对压力机的工艺精度或模具应用年限的影响较少，但局部振动会带来噪声，因此也需要对上机身结构采取进一步加强处理。

2.5 虚拟样机模型

虚拟样机模型建设也是优化机组的重要内容，在运行过程中，伺服电机通过同步带传动协同运作和齿轮传动二级减速，使用6 连杆机构机组，将电机的转动方式转换为滑块上下位移，在处理伺服电机控制系统时，可以在滑块经过的区间设置数据检测器，对滑块经过的位置点统一监测，伺服电机曲柄安装编码器，便于及时采取曲柄转角信号，将信号反馈给中央控制器。一套设计优良的机械压力机系统结构不仅要保证组件工艺的锻冲要求，同时还要符合组件急回特性或相关设计数据。如果单纯将调整锻冲滑块效率作为系统优化要求，则结构变动很容易影响机械压力机其他单元的参数设计要求。因此不仅要将降低锻冲阶段滑块速度为首要优化目标，同时也要在6 连杆机构到达上死位置时，控制BE 杆摆角在合理范围内，以提高机械设备的急回特性。如果在设计六连杆机构时，一味地将降低机械压力或者调整锻冲阶段滑块速度，那么在对数据进行求解过程中，优化算法也会顺着降低目标值的要求进行操作，最终反馈得到的机组设计方案，很大程度上会导致机械压力机的传动角达不到对应需要。

3 结语

通过对6 连杆机构系统采取优化处理，能有效提高工业生产效率，该技术最早起源于20 世纪70 年代，历经控制技术的发展而日渐成熟，对系统进行优化，可以实现压力机的柔性运行，保证压力机灵活高效地运作。