杠杆式高速精密数控冲床机构的精度分析与设计

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随着技术的革新,现代冲压向着高速化和精密化方向发展,本文从机构原理的创新设计入手,提出一种新型杠杆式高速冲床机构,重点研究该机构的精度问题,论文主要完成了以下几个方面的研究:基于目前曲柄滑块式高速压力机原理机构不足,提出一种杠杆式机构,该机构最大的特点在于能够避免主副滑块因高速运动时产生水平分力,而不是像平衡惯性力那样平衡水平分力,这样有效减少机身周期性的振动,也极大的减少了主副滑块与机身摩擦所产生的一大部分热量。此外,杠杆式机构简单,不需要进行运动学参数的优化,可极大简化设计过程。建立原理机构的运动学模型,得到机构运动学参数方程,依据同类型冲床设计各个杆件截面及长度的尺寸参数。运用达朗贝尔原理对机构自身的动平衡设计计算,得到杆件受力参数。随后对机床的动平衡进行分析设计,并建立实体样机模型。根据机床各个杆件的尺寸参数,按弹性体计算各杆件处于下死点受力状态时的弹性变形量,并由传动链得到下死点的偏移量。基于经典Hertz理论和Persson理论,分别建立求解运动副接触刚度的模型与方程。选取算例计算接触变形量,由此计算接触刚度,并分析不同转速下的运动副接触刚度的规律。同时根据各运动副配合实体模型,由ANSYS有限元分析计算出运动副的接触刚度,并与理论结果进行对比验证。运动副高速转动摩擦产生大量热,导致零件的变形,严重影响了机构的精度。根据传热学原理计算机床冷却系统与运动机构的冷却换热系数,并采用能量平衡法建立计算求解运动副温度场的有限差分方程,由温度场得到运动副间隙尺寸变化。同时研究了主传动机构、机身上梁温度对下死点精度的影响,以及立柱的温度对下死点的精度补偿。对机身的振动响应研究建立在已知实体样机模型以及机身所承受载荷基础之上。将样机模型导入ANSYS软件,傅里叶变换机身载荷曲线并加载。以机身轴承座孔处的节点振动响应情况来反映机身振动,并以此表示下死点的振动规律,另外分析了不同转速以及不同载荷下的下死点振动响应规律。
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