《高速精密冲床动态精度保障的关键技术研究开题报告终稿（王尚斌）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高速精密冲床动态精度保障的关键技术研究开题报告终稿（王尚斌）（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、南京理工大学博士研究生学位论文开题报告姓 名： 王 尚 斌 学 号： 307010073 学 科： 机械电子工程 所在院系： 机械工程学院 指导教师： 孙 宇 教授 是否保密(必填)： 否 保密等级： 2009 年 4 月 20 日填1一、一、 拟选定学位论文的题目名称拟选定学位论文的题目名称高速精密冲床动态精度保障的关键技术研究高速精密冲床动态精度保障的关键技术研究二、二、 选题的科学意义和应用前景选题的科学意义和应用前景1.科学意义近几年来, 由于EI 零件、精密电子、通讯器材、电机等产业迅猛发展, 用户对高速精密机床的需求日益增长。与普通压力机相比，高速精密冲床具有生产率提高、冲压车间面
2、积较小、冲压件剪切面质量较高、模具寿命较长等优点。数控高速精密冲床集机床制造技术、高速精密冲压工艺与模具技术、自动控制技术、可靠性技术等关键技术为一体，具备自动、高速、精密三个基本特征，可完成板料的自动输送和板料的高效率精密加工。按床身结构可分类，高速精密冲床分为开式、闭式和四柱式三种。其中，闭式双点结构由于刚性好、抗偏载能力强、精度高、工作台面大、加工范围广，已成为国际公认的高速冲床最佳结构，代表了高速精密冲床发展的水平和方向。目前，高速精密冲床技术主要被瑞士 BRUDERER 公司、日本 AIDA 公司、KOYRI 公司、YAMADA DOBBY 公司和 ISIS 公司，美国 MINSTE
3、R 公司，德国 RASTER 公司等所掌握，产品性能已达到了相当高的水平。如日本 KYORI 公司生产的 Mach 系列超高速精密冲床、瑞士BRUDERER 公司 800kN 冲床可达到 1000min-1，冲床下死点位置精度均可控制在0.01mm。国内高速精密冲床起始于济南铸造锻压机械研究所“六.五”期间承担的原机械部“60吨闭式高速精密冲床研制” ，随后扬州锻压、通辽锻压等企业相继开发了开式、闭式、单点、双点等各种高速精密冲床，高速精密冲床科研成果的不断推出，大部分厂家都是生产开式床身 600kN 以下高速冲床，对大吨位、高速度的高速精密冲床的研究和产品开发相对滞后。冲床动态精度是高速精密
4、数控冲床关键的性能指标，国家标准中没有相应条款，但在设备使用过程中却是十分关键的技术数据。动态精度关系到加工件的精度和模具寿命，是评定产品技术水平、制造水平的一项重要指标。一般而言，零件成形的精度越高，对冲床动态精度的要求也就越高。影响冲床动态精度的因素有很多，如惯性力和反冲压力引起的主传动系统的变形，设备运行中产生的热变形，导向变形以及运动副间隙等。保障冲床动态精度是研制高速精密数控冲床的一个很重要的关键技术。本课题高速精密冲床动态精度保障的关键技术研究正是在这中背景下提出的。针对影响高速精密冲床动态精度的主要因素惯性力和热变形，结合扬州锻压机床有限公司申报的 800min-1、800kN
5、闭式数控高速精密冲床进行深入研究。通过减小冲床惯性力的动平衡技术研究，对冲床动平衡结构进行设计并进行相应的数值仿真和参数优化；通过对冲床热变形机理的数值仿真、热关键点的优化选择、冲床发热与动态精度关系的数学建模以及热平衡控制技术研究，探讨冲床热变形对动态精度的影响规律，并给出相应的改善措施。本课题的研究2对提高我国高速精密冲床的设计和制造将有着十分明显的意义，具有重要的研究价值和意义。2.应用前景高速精密冲床（包括成形加工和冲压加工）是近年来开发出来的新型冲压设备，已广泛应用于家电、电器、电子、通讯、计算机及汽车等行业。闭式双点高速精密冲床代表了目前高速精密冲床的发展方向。国外工业化水平较高，
6、因而其电子、通讯、计算机、家电及汽车等工业部门，无论在功能性冲压件还是在外观性冲压件的加工方面，在大量采用高速精密冲压设备的基础上，形成了一股伺服化的潮流，正在加快用伺服电机作为冲床动力源的数控高速精密冲压设备的开发应用，其中高速精密冲床的应用比例已接近 20%。国内，各类高速精密冲床已广泛应用于家电、电器、电子、通讯、计算机及汽车等领域，加工各种大批量、标准化、系列化薄板精密零部件。如：中小型电机的定转子（硅钢片） 、变压器硅钢片、剃须刀、电器接插件、IC 引线框架等。但是还缺少主要用于大规模、极大规模集成电路引线框架，特别是 256 支以上多脚框架和超窄间距连接线等高精度零件的高速精密冲压
7、设备，严重的制约了我国电子、通信行业的发展速度。本课题的研究将解决 800min-1、800kN 高速精密冲床动态精度问题，将从根本上保证以集成电路引线框架为代表的各类精密器件的加工精度，改变精密冲压设备依赖于进口的状态，提升国内整个行业的技术水平。34三、三、 背景科研项目情况简介背景科研项目情况简介本选题依托于扬州锻压机床集团有限公司、济南铸造锻压机械研究所、南京理工大学、南京长江电子信息产业集团有限公司联合申报的“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项项目：数控高速精密冲床扬州锻压机床集团有限公司是国内最早开展高速精密冲床研究的单位之一，是国内高速精密冲床制造行业内的排头兵，产品覆盖2
8、50-3000KN各类型号的高速精密单、双点冲床。其中J76-80型800kN闭式双点精密数控冲床冲程次数已达600min-1；J76-300型3000kN闭式双点高速精密冲床冲程次数已达400min-1，是目前国内最高冲程次数的闭式双点数控高速精密冲床；YHT-300型3000KN闭式三点数控高速精密冲床是目前国内吨位最大、技术最先进的高速冲床，该三点冲床经江苏省科技厅组织鉴定为国内首创、国际领先产品。南京理工大学项目攻关小组长期从事高速、精密数控冲压技术的研究与开发工作，在数控高速精密冲床结构优化技术、高速送料技术、关键部件加工工艺技术以及冲床的远程故障诊断与服务技术等方面进行了深入的研究
9、。目前团队承担了多项省部级科研项目，在数控高速精密冲压技术领域已申请5项发明专利，并在国内外核心期刊发表了20多篇高水平学术论文。本项目的研究目标为通过对数控高速精密冲床高速下振动、发热问题所需的运动系统动平衡技术、热平衡技术等研究，研制出具有国际先进水平的 800min-1、800kN 数控高速精密冲床，建立我国重载数控高速精密冲床研发制造基地和应用示范基地，满足汽车、航空航天、军工、信息、家电等领域急需。5四、学位论文主要研究内容四、学位论文主要研究内容1.1.问题的提出问题的提出冲床动态精度是高速精密数控冲床关键的性能指标，国家标准中没有相应条款，但在设备使用过程中却是十分关键的技术数据
10、。动态精度关系到加工件的精度和模具寿命，是评定产品技术水平、制造水平的一项重要指标，主要指滑块的下死点精度及水平方向精度。影响冲床动态精度的因素有很多，如惯性力和反冲压力引起的主传动系统的变形，设备运行中产生的热变形，导向变形以及运动副间隙等。对于后两种因素，可以通过提高冲床刚度以及关键件的加工技术等加以改善，即通过提高冲床静态精度加以改善；并且工作过程中，冲压力不可避免。因此，控制冲床动态精度主要研究内容为冲床的动平衡和热变形问题。2.2.主要研究目标主要研究目标开展对数控高速精密冲床高速状态下的振动、发热问题对冲床动态精度的影响研究。建立一个惯性力作用下的冲床动态精度力学模型；建立一个估计
11、冲床热误差的数学模型，并给出相应的改善措施。3.3.研究内容研究内容本课题围绕高速精密冲床的研发需求，分别对冲床在高速冲压状态下的振动和发热问题进行深入研究。主要研究内容包括以下几部分：1）惯性力与冲床动态精度间关系研究高速精密冲床的振动由激振力（动载荷）的大小决定，激振力主要由惯性力、冲裁力以及离合器的结合、制动器制动时的冲击力等，其中惯性力比其它力大得多，是冲床振动的主要影响因素。对于闭式双点高速冲床，由于关键件的加工及装配误差，曲柄及滑块的惯性力得不到完全的动平衡，部分惯性力作用于机身，引起机身的剧烈振动，从而使冲床的动态精度下降，本课题将对以上因素对冲床动态精度的影响规律进行研究。研究
12、内容：动平衡结构参数优化惯性力对冲床的作用力研究作用力与冲床动态精度关系研究2）高速精密冲床发热问题研究热误差机理数值仿真研究热误差主要由冲床内部温度场分布的变化引起的。冲床热变形是导致热误差的直接原因，机床内部的轴承、电机及导轨间的摩擦都会产生大量的热量，使机床内部热平衡被打6破，不断变化的温度场引起机床内部产生热应力，致使机床部件只有通过变形来平衡热应力的作用。热误差机理分析包括机床温度场和变形位移场两方面。机床部件的结构形状大多都是不规则的，这使得内部传热变得极为复杂，用解析法求得机床温度场变化几乎是不可能的。有限元法已广泛用于这种热结构耦合分析中，在研究复杂高度非线性的机床热弹性行为中
13、正在发挥越来越重要的作用。研究内容：冲床建模及模型简化研究数值仿真边界条件简化研究材料热传导及热扩散系数的测定方法研究数值仿真后处理热关键点的辨识问题研究对于任一具体机床而言，一定的温度场必对应一定的位移场，温度场的变化必导致位移场的改变，然而，并不是机床上所有点（区域）的温度变化对机床热误差都有影响，而是部分点（区域）的温度变化对机床热误差起着决定性的作用。在这些点中，一部分点的温升将对机床热误差影响较大，这些点就是影响机床热误差的关键点，它们的温度变化将反映热误差的变化。这些点可作为机床热误差建模的温度监测和控制点。研究内容：冲床热源分布、热量传播、敏感部分的理论研究温度及热误差的测量技术
14、研究及试验测量热关键点优化选择方法研究热误差鲁棒性建模研究在建模方面热误差不同于几何误差，几何误差通常是位置相关的，而热误差常常只是温度变量的函数，并且冲床部件的热弹性行为也与部件间的运动特点有很大差别。通常用的多刚体系统动力学建模几何运动误差的方法不适用于热误差模型，冲床热误差在很大程度上取决于诸如加工条件、加工周期、冷却液的使用以及周围环境等多种因素，而且冲床热误差呈现非线性及交互作用，所以仅用理论分析来精确建立热误差数学模型是相当困难的。最为常用的热误差建模方法为实验建模法，即利用实验测得的热误差数据和冲床热关键点处温度值进行拟合建模。研究内容：不同状态下的热关键点、热误差试验测量研究热
15、误差鲁棒性试验建模研究 热平衡控制研究7冲床热平衡过程是冲床工作过程中一个重要现象，对冲床加工精度有着重要的影响，合理控制这个过程，减少达到热平衡的时间，提高冲床热态几何精度，是精密冲床制造业的主要研究难题。研究内容：冷却装置回油路径设计冷却装置的冷却功率研究热平衡时间预测研究8五、预期解决的主要问题五、预期解决的主要问题（对每个预期解决的问题介绍其难点所在、国内外研究的现状和趋势、解决问题的基本思路和技术路线、预期解决到什么程度）1、在本学位论文中，拟解决以下关键技术问题： 1）惯性力与冲床动态精度间关系研究高速精密冲床的振动和噪声的产生有两个主要原因，一是回转部件和往复运动部件的动平衡，主
16、要包括曲轴回转、曲柄滑块机构的不平衡；另一个是冲压过程的冲击力。由于冲压力不可避免，惯性力平衡就成为降低和减轻压力机的冲击振动噪声的主要途径。随着高速精密冲床速度的提高，惯性力将急剧提高，如果回转部件和往复运动部件不能达到动态平衡，其惯性力的作用就变得相当明显，就会引起剧烈振动，滑块动态性能急剧恶化，轻者影响机床的精度和模具的寿命，重者使机床无法正常工作。目前国内外常用的动平衡方法有以下几种：曲柄上反对称偏心块式该方法通过在曲轴偏心的相反方向设置偏心平衡块，该偏心平衡块主要用来平衡曲柄连杆部件所产生的旋转惯性力，是一种简单的不完全动平衡。反方向配置副滑块平衡式该平衡方式是在与主滑块对称的 180 度位置上布置一个平衡副滑块以及曲柄连杆零件，以抵消主滑块所产生的惯性力，这是一种较理想的不完全动平衡机构；但该平衡结构主、副滑块作用机身导轨上的
