[发明专利]双倍长烟支切割时基于减少切刀宽度的运动干涉规避方法

摘要

本发明公开了一种基于刀宽优化的喇叭嘴与切刀运动干涉规避方法，本发明对喇叭嘴机构和刀盘机构进行模拟仿真并且调整喇叭嘴的间隙至不发生干涉的最小值的方法，大大降低了对喇叭嘴和刀盘模拟的计算量，可以快速确定出切刀与喇叭嘴不发生干涉的最小间隙，从而在保证切割质量的情况下，保证了切刀与喇叭嘴不会发生干涉，保证切割过程中机器的稳定性及使用寿命。

主权项

1.一种基于刀宽优化的喇叭嘴与切刀运动干涉规避方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、喇叭嘴侧面等效建模与运动分析：等效出四个喇叭嘴的内侧面L1～L4；然后对喇叭嘴运动进行分析：以转轮旋转中心为原点O₁，以O₁O₂方向为z₁轴；O₂表示后转轮旋转中心的原点；以O₁A_L方向为y₁轴，A_L为后转轮与喇叭嘴轴的铰链节点；垂直O₁O₂A_L所在面的方向为x₁方向建立喇叭嘴局部坐标系；假设铰链节点A_L点坐标为(x₁,y₁,z₁)，喇叭嘴的内侧面上一点B_L坐标为(x₂,y₂,z₂),后转轮的输入角速度为ω₃，根据空间坐标变换式(1‑1)，t时刻时，A_L点经过空间坐标函数作用下的坐标点A_L′的坐标如式(1‑2)所示，B_L点经过空间坐标函数作用下的坐标点B_L′坐标如式(1‑3)所示；表示喇叭嘴空间坐标变换函数；步骤二、切刀侧面等效建模与运动分析：得到每个喇叭嘴在切刀侧面的投影区域；为求得十字轴的运动特性，以十字轴的中心点O为坐标原点，以输入轴旋转轴线为x2轴，输入轴与十字轴的回转中心线C′‑C为y2轴，切刀长度方向A′‑A为z2轴，建立十字轴局部直角坐标系；A点为十字轴上顶点，A′点为十字轴下顶点，C点为A点绕输入轴顺时针旋转90°所得的点，C′点为A′点绕输入轴顺时针旋转90°所得的点；叉头一为输入轴，叉头二为输出轴，十字轴由轴线A‑A′与B‑B′组成，B点为十字轴的左顶点，B′点为十字轴右顶点，切刀为OA；输入轴、输出轴的角速度分别为ω1、ω2，二者关系式为：式中，为输入轴的转角，其值为ω₁·t；θ为输入轴与输出轴所夹的锐角；十字轴轴线A‑A′在平面ACA′C′内绕输入轴转动，十字轴轴线B‑B′在平面ABA′B′内绕输出轴转动，切刀固定与十字轴；因此，切刀OA的运动为绕输入轴的转动与绕自身轴线A‑A′的转动组成；切刀绕输入轴的转角即为输入轴转角切刀绕自身轴线A‑A′的转角由B点绕轴线A‑A′的转角β表示；切刀绕自身轴线A‑A′的瞬时转角由空间投影几何法进行求解；投影平面P为垂直于轴线A‑A′的平面，Op、Bp分别为点O、点B在投影平面P的投影点，因此B点绕轴线A‑A′的转角可等效为Bp点在投影平面上绕Op点的转角；初始位置轴线的转角为0，即在平面P上Bp点位于起始点Bp1点；输入轴旋转一周，Bp点绕Op点由Bp1点运动至Bp2点，Bp2点为Bp点终点；输入轴的转角为时，A点的坐标为假设B点的坐标为(x,y,z)，则根据B点的位置为以O点为球心，半径为r的球面上可得x2+y2+z2＝r2          (1‑2)由十字轴的结构可知，OA⊥OB，因此由万向节的结构可知，十字轴轴线B‑B′垂直于输出轴轴线，因此x‑tanθ·y＝0        (1‑4)由式(1.2)、式(1.3)及式(1.4)可知，B点坐标的y值为其中，时，y取正号；以及时，y取负号；设Bp3点为B点在平面x2Oy2的投影点，Bp4点为B点在投影平面的投影点，将Bp3点与Bp4点投影至x轴相交于D点，OBp3的长度为r；因此由B点坐标的y值即可求出Bp4DBp4D＝|y‑0|          (1‑8)即因此，由式(1.6)、式(1.7)及式(1.9)可知即上式即为轴线A‑A′的转角公式，时，β取正号；以及β取负号；为研究切刀的运动规律，以十字轴中心点O为原点，十字轴轴线B′‑B为x轴，输出轴为y轴，切刀OA方向为z轴，建立烟支切割系统全局空间直角坐标系；根据空间坐标变换原理，建立切刀空间变换矩阵：其步骤为：根据十字轴轴线A‑A′的转角规律，切刀绕Z轴旋转相应角度，如式1‑13所示：Rβ表示切刀绕Z轴旋转相应角度的空间坐标变换函数；将输入轴绕Z轴逆时针旋转至YOZ平面与Y轴重合，如式1‑14所示：Rθ表示输入轴绕Z轴逆时针旋转至YOZ平面与Y轴重合的空间坐标变换函数；根据输入轴转速，绕输入轴旋转相应角度，如式1‑15所示：表示根据输入轴转速，绕输入轴旋转相应角度的空间坐标变换函数；完成相应时间的空间变换后，将输入轴顺时针旋转回初始位置，如式1‑16所示：Rθ'表示将输入轴顺时针旋转回初始位置的空间坐标变换函数；通过以上空间变换即可求得切刀的运动规律，如式1‑17所示：R表示切刀运动的空间坐标变换函数；假设切刀上一点D(xD，yD，zD)，则在t时刻，D点经过坐标变换函数得到的D′(xD′，yD′，zD′)可用下列方程表示：步骤三、以坐标系O‑x‑y‑z为全局坐标系；在全局坐标系内确定投影区域和内侧面L1～L4在t时刻的位置；步骤四、判断整个运动周期内切刀与喇叭嘴是否干涉：根据喇叭嘴与切刀的运动分析，对投影区域和内侧面L1～L4赋予运动；在每个切割时刻，判断内侧面L1～L4的点集与投影区域的点集是否有重合点，如存在重合点即喇叭嘴与切刀产生干涉；否则不发生干涉；步骤五、喇叭嘴单侧(前后排)间隙调节的最优切割参数求解：将间隙设置为切刀厚度；处于同排的前排内侧面L1和L4作为一组同样调整，后排L2和L3作为一组同样调整；整个运动周期内，当内侧面L1或L4的点集与投影区域的点集有重合点时，L1和L4向远离间隙中心方向偏移一个单位长度；当内侧面L2或L3的点集与投影区域的点集有重合点时，L2和L3均向远离间隙中心方向偏移一个单位长度；步骤六、循环步骤一至六，至内侧面L1‑L4与投影区域均无重合点时的间隙即为不发生干涉的最小间隙；步骤七、修改切刀宽度，循环步骤一至六，进一步优化喇叭嘴间隙值；双倍烟长切割系统设计时，是基于切割中点时刻的瞬时速度相等假设来确定分切运动参数，即沿烟条方向烟条的水平速度与切刀和喇叭嘴的水平分速度相等；但是，喇叭嘴、切刀及烟条始终存在速度偏差；因此，根据式1‑18，可得切刀上一点的水平分速度，如式1‑19所示，选取切刀上不同方向上的点进行水平分速度Vq分析；由式(1‑19)可得,切刀右上角的水平分速度较大,当切刀的水平分速度大于喇叭嘴水平分速度时,切刀易与喇叭嘴产生干涉；这与步骤六分析所得的干涉位置主要位于切刀右上方一致；基于此,修改改刀外形参数,降低干涉几率,优化喇叭嘴间隙值；初始切刀宽度为60mm，(这句和步骤五的假设切刀宽度为初始间隙值有矛盾，可去除)通过修改切刀宽度即可去除水平分速度较大的区域；切刀宽度的极限值为切刀刚好可切断两支双倍长烟支时的最小宽度；因此，取喇叭嘴L1内侧面中心线与切刀的交点m、m′建立切割直线，不改变切刀刀刃斜度情况下，对直线mm′临近切刀刃侧进行裁剪，至切刀宽度达到最小宽度。