数控转塔冲床送料横梁系统的动力学性能研究与优化

摘要

作为冲裁设备之一，数控转塔冲床得到冲裁加工行业越来越广泛的应用。而随着冲裁机床日益高速、高效、高精度及高自动化的发展趋势，其结构愈加复杂，对其工作性能的要求也越来越高。而机床在高速运转的情况下，极微弱的振动都有可能导致精密或超精密加工工艺的破坏，甚至导致整个机床的系统故障。设备结构的振动及动力学问题一直是振动控制领域研究的重要课题，掌握其动力学性能可有效减小振动及其危害。本文根据江苏一企业某典型电伺服数控转塔冲床的动力学问题为研究背景，从送料横梁系统的动力学性能出发，对该系列数控转塔冲床动力学性能进行研究，并进行了结构的改进。 在对国内外数控转塔冲床发展现状和国内外动力学问题研究情况归纳总结的基础上，本文首先对国内外三种典型冲床的动力学性能初步测试，提出课题研究的必要性。然后进行了送料横梁系统的动力学性能理论研究，利用拉格朗日方程，得到了其动力学研究方程，并在此基础上进行了该系列转塔冲床横梁系统的结合部的理论研究。 为了较全面研究送料横梁系统的动力学性能，选择了横梁系统动力学试验方法及其试验装置。在不同工作状况下，进行了横梁系统的动力学性能试验研究。并利用信号处理方法，小波分析等理论，分析了其动态位移，加速度及其频谱关系。 鉴于送料横梁系统设计周期长、成本高和力学试验过程复杂等原因，本文研究了送料横梁系统的有限元分析方法，对该型数控转塔冲床横梁系统在一典型工况下，进行了有限元分析，得出了其应力水平，动态位移及加速度等分析结果，并在设备允许的条件下，对有限元分析结果进行了试验验证，为有限元分析方法在工程实际问题中的应用提供了参考。 最后，本文针对该系列数控转塔冲床在工程生产的实际应用，在理论、试验及有限元模拟对比研究的基础上，提出了横梁系统的改进方案，并作了改进方案的试验效果验证，比较了改进前后横梁系统的动力学性能，达到了横梁系统加速度响应提高，刚性提高，响应更灵敏，且瞬时运动精度提高的目的。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 数控转塔冲床发展及其动力学性能国内外研究现状

1．2．1 电伺服数控转塔冲床的结构与工作原理

1．2．2 国内外数控转塔冲床现状及研究趋势

1．2．3 国内外几种典型数控转塔冲床动力学性能对比测试

1．3 本文的主要研究内容

1．4 本章小结

第二章 数控转塔冲床横梁系统的动力学特性研究理论基础

2．1 送料横梁系统的构成

2．2 横梁系统动力学方程

2．2．1 拉格朗日方程简介

2．2．2 横梁系统的动力学模型

2．2．3 横梁系统运动方程的建立及其简化讨论

2．3 横梁系统结合部模型的理论研究

2．3．1 导轨结合部的处理

2．3．2 轴承与丝杠结合部的处理

2．4 本章小结

第三章 数控转塔冲床送料横梁系统动力学性能试验研究

3．1 试验方法

3．1．1 工程振动测试方法的分类

3．1．2 数控转塔冲床横梁系统动力学试验方法

3．2 试验内容

3．2．1 实验目的及方案

3．2．2 传感器的标定

3．2．3 测试过程情况

3．2．4 测试数据分析

3．3 试验结果与说明

3．3．1 动态位移分析结论

3．3．2 加速度分析结论

3．4 本章小结

第四章 数控转塔冲床横梁系统有限元分析及其试验验证

4．1 数控转塔冲床横梁有限元模型的建立

4．1．1 横梁系统模型的简化及网格划分

4．1．2 横梁系统模型的约束施加及接触的建立

4．2 横梁系统有限元模型分析计算及结果

4．2．1 横梁系统的有限元模态分析

4．2．2 横梁系统的有限元动态位移分析

4．3 有限元模型的试验验证分析

4．3．1 横梁系统模态分析验证

4．3．2 横梁系统动态位移的有限元模拟与试验结果对比分析

4．4 本章小结

第五章 数控转塔冲床横梁改进方案设计及性能测试验证

5．1 改进方案设计

5．1．1 横梁系统改进方案设计

5．1．2 改进方案的有限元验证

5．2 横梁系统改进后动力学性能试验研究

5．2．1 试验方案及测试数据取值方法

5．2．2 改进后横梁试验数据分析

5．2．3 改进后横梁试验结论

5．3 横梁系统改进前后性能对比

5．4 本章小结

第六章 总结和展望

6．1 工作总结

6．2 研究展望

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间主要的研究成果

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