[发明专利]一种肘杆式伺服压力机的曲柄角度虚拟方法

权利要求书

1.一种肘杆式伺服压力机的曲柄角度虚拟方法，其特征在于,包括如下步骤:

步骤1,建立曲柄连杆式伺服压力机的曲柄滑块机构的数学模型,根据三角形的几何关系得出:

(s-h)²＝L²-(Rsinα)²

式中,h为滑块的位移,s为曲柄和连杆的连接点相对于曲柄轴心的垂直距离，α为曲柄角度,R为曲柄长,L为连杆长,并取曲柄轴心的位移为0,由上式可解得：

步骤2，利用逆向求解，即利用滑块的位移h求解曲柄的角度α，根据三角形的几何关系，进一步得到：

cos(π-α)＝[(-h)²+R²-L²]/2R(-h)

由上式可解得：

α＝π+arccos[(h²+R²-L²)/2Rh]

步骤3，设肘杆式伺服压力机的曲柄滑块机构中各个杆件的长度为l₂、l₃、l₄、l₅、l₆及l₇，l₂为主动杆，即曲柄连杆，l₃、l₄、l₇为连杆构件，主动杆l₂带动连杆构件摆动，连杆构件通过上连杆l₅、下连杆l₆驱动滑块上下运动，在主动杆l₂和上连杆l₅的固定端端点之间虚拟一个连杆l₁，l₁、l₂、l₃、l₄、l₅、l₆各个杆件对应的转角为θ₁、θ₂、θ₃、θ₄、θ₅、θ₆，其中a、b分别为主动杆l₂和上连杆l₅固定端端点的垂直和水平距离，θ₁为固定值，γ为l₃、l₄的夹角，γ＝arccos[(l₃²+l₄²-l₇²)/(2l₃l₄)]，γ为固定值，θ₄＝θ₃+γ，h为滑块的位移，θ_h＝π/2，则根据矢量封闭法则得到：

上式用复数形式表示可得：

由上式得到：

由上式整理得：

2l₃(l₁ cos(θ₁)+l₂ cos(θ₂))cos(θ₃)+2l₃(l₁ sin(θ₁)+l₂ sin(θ₂))sin(θ₃)+((l₁ cos(θ₁)+l₂ cos(θ₂))²+(l₁ sin(θ₁)+l₂ sin(θ₂))²+l₃²-l₅²)＝0

令：

则进一步得到：

A cos(θ₃)+B sin(θ₃)+C＝0

由上式进一步地得出：

由此可以得出滑块位移和曲柄角度的函数关系为：

步骤4，基于上式利用迭代法求解肘杆式伺服压力机的曲柄角度的近似值，进一步建立滑块位移和曲柄角度的对应关系表，利用对应关系表快速查询各个滑块位移所对应的曲柄角度，实现肘杆式伺服压力机的曲柄角度的虚拟计算；

步骤5，将肘杆式伺服压力机的滑块位移和曲柄角度关系的数学模型虚拟为曲柄连杆式伺服压力机的滑块位移和曲柄角度关系的数学模型，以滑块位移作为肘杆式伺服压力机曲柄角度和曲柄连杆式伺服压力机曲柄角度之间建立映射关系的桥梁，对肘杆式伺服压力机的数学模型进行封装，肘杆式伺服压力机的滑块位移即为曲柄连杆式伺服压力机的滑块位移，通过肘杆式伺服压力机的机床参数计算得到滑块的最大行程长度H，则虚拟的曲柄连杆式压力机的曲柄长R＝D/2，D为曲柄连杆式伺服压力机滑块全行程长，即D＝H，曲柄连杆式伺服压力机的连杆长度系数取值即L＝8R，由此得出虚拟的曲柄连杆式伺服压力机的滑块位移和曲柄角度关系的数学模型，结合步骤2的滑块位移及曲柄角度公式，及步骤4的滑块位移和曲柄角度的对应关系表，伺服压力机的人机交互模块和运动控制模块以滑块位移为桥梁，通过将肘杆式伺服压力机曲柄角度虚拟化为曲柄连杆式伺服压力机的曲柄角度来交互转换两种伺服压力机模型下的数据，用户以曲柄连杆式伺服压力机的数学模型方式设置与曲柄角度相关的机床参数、控制参数及加工曲线程序，经过虚拟化处理后转化为肘杆式伺服压力机的数学模型，下传给运动控制模块，运动控制模块控制伺服电机运行同时反馈曲柄角度，反馈的曲柄角度经过虚拟化处理后转化为曲柄连杆式伺服压力机的数学模型上传给人机交互模块。

2.根据权利要求1所述的肘杆式伺服压力机的曲柄角度虚拟方法，其特征在于,步骤4中，利用迭代法建立滑块位移和曲柄角度的对应关系表的具体步骤为：

步骤4.1，获取曲柄滑块机构中的机械参数l₁,l₂,l₃,l₄,l₅,l₆,θ₁,γ，取曲柄角度的精度为0.01度，因此360度映射的36000个曲柄角度值可以分别通过正向求解得到对应的滑块位移h，通过遍历36000个曲柄角度值对应的滑块位移h，找出滑块上死点位置Smax、下死点位置Smin以及与其对应的上死点角度Amax、下死点角度Amin，同时计算出滑块的最大行程长度H＝|Smax-Smin|；

步骤4.2，根据系统的精度要求和存储空间的大小来确定对应关系表的最大容量Capacity、差值步长S'、迭代允差AllowFactor，令初始值Capacity＝60000，S'＝0.05，AllowFactor＝S'/5，由于滑块分为上行和下行两个方向，因此由滑块最大行程长度H的2倍作为所需的数据容量来校验差值的步长是否满足要求，即Capacity＞(2H)/S'，若不满足，则根据对应关系表最大容量重新调整插值步长以及迭代允差,S'＝H/(Capacity/2-1)，AllowFactor＝S'/5，并且可以得到插值的个数Num＝H/S'；

步骤4.3，利用迭代法求解滑块位移与曲柄角度之间的对应关系表：分别对滑块下行区间和滑块上行区间进行计算求解，插值个数均为Num/2，令Index为滑块的迭代目标位置值所在对应关系表的序号，对于滑块下行区间的计算，可以得到滑块的迭代目标位置值P＝Smin+S'*Index，Index∈[1,Num/2]，对于滑块上行区间的计算，可以得到滑块的迭代目标位置值P＝Smin+S'*(Num+1-Index)，Index∈[(Num/2+1),Num]，利用滑块位移与曲柄角度的函数关系，再令Index分别取值[0,Num]之间的所有整数值，通过迭代计算可以分别求出对应的曲柄角度值，从而建立滑块位移与曲柄角度的一一对应关系表。