（机械工程专业论文）双点压力机滑块运动精度的分析与研究.pdf

摘要 锻压机械广泛用于电器、机械、汽车、家电等各种行业领域，近年来，随着汽车工业 和家电产业快速发展，整个机械行业对冲压设备也提出了更高的要求。我国的机械压力机 价格低廉、结构简单、生产效率高，因此，压力机总量供给能力很强，但整个锻压机械行 业的国际市场竞争能力不强，主要表现在压力机的精度不高，加工成本过高。随着机械压 力机的发展，双点压力机以大工作面高性能的优势替代了单点压力机，但与此同时，由于 工作台面的加大，要求滑块相对于下底面的平行度较高，即严格控制滑块的倾斜度在双点 压力机精度的研究中显得尤为重要。因此，完全有必要对双点压力机的精度影响进行分析 和研究。 双点压力机滑块的精度是由零件的制造精度及之间的装配关系来决定，这些问题需要 通过尺寸链的计算来解决，双点压力机的整个传动系统构成一个封闭的尺寸链，尺寸链由 组成环和封闭环组成，因此，研究双点压力机滑块的运动精度必须从构成整个装配尺寸链 的每一个零件着手，本课题在研究双点压力机滑块运动精度的基础上，着重研究影响滑块 精度的各方面因素，并从中找到最大的影响因素，并对样机进行动态仿真和模拟验证所得 到的结论，在此基础上，从设计、制造以及到最后的装配三方面研究来提高滑块的运动精 度，以解决精度问题。 为此，论文首先阐述了压力机的国内外发展概况和趋势，重点说明课题的来源和研究 意义；其次，分析机床的主体结构，找出整个传动系统的装配尺寸链，用理论分析的方法 分析影响该压力机主传动机构精度的因素，推导出滑块的位移方程；再者，利用三维c a d 软件s o l i d w o r k s 和运动学分析软件c o s m o s m o t i o n 建立j 2 5 2 0 0 开式双点压力机主体结构 的三维模型，并对其传动部分进行了运动学分析，用仿真曲线验证所得到的影响滑块倾斜 的最大的因素；最后，在分析结果的基础上，从设计、制造以及装配三方面入手找出问题 所在，提出解决方案，最终控制滑块零件在给定的精度范围内。 本论文主要有以下三点创新： ( 1 ) 动态仿真研究。论文不仅从理论分析找出导致双点压力机滑块精度较低的主要原 因，并采用c o s m o s m o t i o n 仿真动画输出滑块运动过程中倾斜的曲线，验证了该结论，与 之前研究的列出数据表格的方式相比，该曲线方式能直观的反应出滑块在运动过程中精度 的变化值和变化趋势。 ( 2 ) 新的工艺装备。根据理论研究结果，从设计、制造和装配分别提出改进方案，设计 新的工艺装备和工装调试方法，在装配之前完成所有零部件的加工，代替了“装配一拆卸 加工一再装配的复杂方法，大大提高了效率。 ( 3 ) 新的结构方案。论文从结构上提出了锥形胀紧的新结构方案，不仅减少了加工工序， 提高效率，也从一定程度上提高了精度。 关键词：双点压力机；精度分析；尺寸链；动态仿真 i i a b s t r a c t i i i m e t a lf o r m i n gm a c h i n e r yi sw i d e l yu s e di nv a r i o u sk i n d so fi n d u s t r yf i e l d sl i k ee l e c t r i c i t y ， m a c h i n e r y ，a u t o m o b i l e s ，h o m ea p p l i a n c e s ，e t c i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to fa u t o i n d u s t r ya n dh o m ea p p l i a n c ei n d u s t r y ，t h ew h o l em e c h a n i c a li n d u s t r i e sp u tf o r w a r dh i g h e rr e q u e s t f o rm e t a lf o r m i n ge q u i p m e n t c h i n e s em e c h a n i c a lp r e s sh a st h ea d v a n t a g eo fc h e a pp r i c e ，s i m p l e s t r u c t u r ea n dh i 。g hp r o d u c t i v i t y ，t h e r e f o r e ，o u rp r e s sm a c h i n eh a ss t r o n ga b i l i t yo fs u p p l y , b u tt h e c o m p e t i t i o na b i l i t yo fw h o l em e t a lf o r m i n gm a c h i n e r yi nt h ei n t e r n a t i o n a lm a r k e ti sn o ts t r o n g ， t h i sm a i n l yd i s p l a y si nt h el o wa c c u r a c yo ft h ep r e s sa n dt h eh i g hc o s t w i t ht h ed e v e l o p m e n to f t h em e t a lf o r m i n gm a c h i n e r y ，d o u b l ep o i n tp r e s sr e p l a c et h es i n g l ep o i i l tp r e s sw i t ht h ea d v a n t a g e o fl l i g hp e r f o r m a n c ea n do p e nb a c k ，b u ta tt h es a m et i m e ，b e c a u s eo fb i gw o r k b e n c hf a c e ，t h e p a r a l l e ld e g r e eo ft h es l i d e rr e l a t i v et ot h eu n d e r s i d ei sh i g h e r , t h a ti s ，s t r i c t l yc o n t r o l l i n gt h e i n c l i n a t i o no fs l i d e ra p p e a r sp a r t i c u l a r l yi m p o r t a n tw h e nw es t u d ya c c u r a c yo ft h ed o u b l ep o 缸 p r e s s t h e r e f o r e ，i ti sn e c e s s a r yt oa n a l y z ea n ds t u d yt h ei n f l u e n c i n gf a c t o r sw h i c ha f f e c tt h e a c c u r a c yo ft h ed o u b l ep o i n tp r e s s t h ep r e c i s i o no fd o u b l ep o i n tp r e s ss l i d eb l o c ki sd e c i d e db yt h em a n u f a c t u r i n gp r e c i s i o no f p a r t sa n dt h ea s s e m b l yr e l a t i o nb e t w e e nt h e m ，s oc a l c u l a t i n gt h ed i m e n s i o n a lc h a i ni sn e c e s s a r y t o s o l v et h e s ep r o b l e m s ，t h ew h o l et r a n s m i s s i o ns y s t e mo ft h ed o u b l ep o i n tp r e s sf o r mac l o s e d d i m e n s i o nc h a i n , a n dad i m e n s i o nc h a i nc o n s i s t so fc o m p o s i t i o nl o o pa n dc l o s e dc o m p o s i t i o n l o o p ，t h e r e f o r e ，i no r d e r t os t u d yt h em o t i o np r e c i s i o no fd o u b l ep o 缸p r e s ss l i d eb l o c k , l e a r n i n g f r o me a c ho ft h ep a r t sw h i c hc o n s t i t u t et h ew h o l ea s s e m b l yd i m e n s i o nc h a i ni sv e r yi m p o r t a n t , a n do nt h eb a s i so fs t u d yt h em o t i o np r e c i s i o no fd o u b l ep o i i l tp r e s ss l i d eb l o c k , t h ep a p e rl a y s s t r e s so nt h ev a r i o u sf a c t o r st h a ta f f e c ts l i d e ra c c u r a c ya n dp a r t i c u l a r l yo nt h em o s ti m p o r t a n t f a c t o r ，a tt h es a m et i m e ，t h er e s u l t sa r ev e r i f i e dw i t hd y n a m i cs i m u l a t i o n b a s e do nt h i s ，s l i d e r m o t i o np r e c i s i o ni si m p r o v e df r o mt h r e ea s p e c t s ，t h a ti sd e s i g n i n g ，m a n u f a c t u r i n ga n da s s e m b l y ， s ot h a tt os o l v et h ep r o b l e m t h ep a p e rf i r s ti n t r o d u c e st h eg e n e r a ls i t u a t i o na n dd e v e l o p m e n to ft h ep r e s sb o t hi no u r c o u n t r ya n da b r o a d ，f o c u s i n go nt h es o u r c eo ft h es u b j e c ta n dr e s e a r c hm e a n i n g ；t h e n , t h em a i n s t r u c t u r eo ft h em a c h i n ei sa n a l y z e d ，a n da s s e m b l ys i z ec h a i no ft h ew h o l et r a n s m i s s i o ns y s t e mi s f o u n do u t , a n dt h e nt h ef a c t o r st h a ta f f e c tt h ep r e c i s i o no ft r a n s m i s s i o ns y s t e mi nt h i sp r e s s u r e m a c h i n ei s a n a l y z e d i n t h e o r y ，t h e s l i d e r d i s p l a c e m e n te q u a t i o n i sd e d u c e d ；m o r e o v e r ， t h r e e - d i m e n s i o n a lc a ds o f t w a r es o l i d w o r k sa n dk i n e m a t i c sa n a l y s i ss o f t w a r ec o s m o s m o t i o n a r eu s e dt oe s t a b l i s ht h em a i ns t r u c t u r eo fj 2 5 2 0 0t y p ed o u b l ep o i l l tp r e s sa n da n a l y s i st h e t r a n s m i s s i o np a r t s ，p r o o f i n gt h a tt h em o s ti m p o r t a n ti n f l u e n c ef a c t o r ；f i n a l l y ，b a s e do nt h er e s u l t s o ft h ea n a l y s i s ，r e a s o n sf r o mt h r e ea s p e c t st h a ti sd e s i g n i n g ，m a n u f a c t u r i n ga n da s s e m b l ya r et o g i v et h es o l u t i o n s ，f i n a lc o n t r o l l i n gt h ea c c u r a c yo ft h es l i p p e r yi nag i v e np r e c i s i o nr a n g e i nt h i sp a p e r ，t h e r ea r et h r e em a j o ri n n o v a t i v e p o i n t s ： ( 1 ) d y n a m i cs i m u l a t i o nr e s e a r c h t h ep a p e rn o to n l y 缸d so u tt h em a i nr e a s o nf o rt h el o w i v p r e c i s i o ni nt h ed o u b l ep o mp r e s ss l i d eb l o c ki nt h et h e o r yb u ta l s op r o o f st h i sc o n c l u s i o nu s i n g t h es i m u l a t i o nc u r v ew h i c hi so u t p u tb yc o s m o s m o t i o n , c o m p a r e dw i t ht h ew a yi nl i s t e dd a t a f o r m , t h ec u r v ec a l lr e f l e c ta c c u r a c ya n dt h et r e n do ft h ec h a n g i n go ft h es l i d e ri nai n t u i t i v ew a y ( 2 ) n e wc r a f te q u i p m e n t a c c o r d i n gt ot h et h e o r e t i c a ls t u d y ，t h ei m p r o v e m e n ts c h e m ei sp u t f o r w a r df r o mt h r e ea s p e c t st h a ta r ed e s i g n i n g ，m a n u f a c t u r i n ga n da s s e m b l y an e wt e c h n o l o g i c a l e q u i p m e n ta n dt o o l i n gd e b u g g i n gm e t h o di sd e s i g n e d ，s ot h a ta l lp a r t sc a nb ec o m p l e t e db e f o r e a s s e m b l y ，r e p l a c i n gt h e “a s s e m b l e r e m o v ea n dp r o c e s s a s s e m b l ea g a i n ，g r e a t l yi m p r o v i n g e f f i c i e n c y ( 3 ) n e ws t r u c t u r es c h e m e t h i sp a p e rp u t sf o r w a r dan e ws t r u c t u r es c h e m eo fa ne x p a n s i o n s l e e v ec o n n e c t i o n , t h i sn o to n l yr e d u c e st h ep r o c e s s i n gp r o c e s s ，i m p r o v i n ge f f i c i e n c y ，b u ta l s o i n c r e a s e st h ep r e c i s i o ni nac e r t a i nd e g r e e k e yw o r d s ：d o u b l ep o i n tp r e s s ；p r e c i s i o na n a l y s i s ；d i m e n s i o nc h a i n ；d y n a m i cs i m u l a t i o n v 目录 摘要i j 6 i ：l 玉s t r a c t i l l 第一章绪论1 1 1 课题的研究背景1 1 2 压力机的发展概况和趋势2 1 2 1 压力机国内外发展概况2 1 2 2 机械压力机的发展趋势4 1 3 课题来源及研究意义5 1 3 1 课题的来源5 1 3 2 课题的研究意义6 1 4 主要研究内容7 1 5 本章小结7 第二章双点压力机结构与运动特性分析8 2 1 双点压力机工作原理、结构组成及特点8 2 1 1 双点压力机工作原理8 2 1 2j 2 5 系列双点压力机结构组成l0 2 1 3j 2 5 系列双点压力机的特点1 1 2 2 曲柄滑块机构精度的研究方法1 1 2 3 现有双点压力机运动特性分析1 2 2 4 传统装配方法介绍及问题1 3 2 4 1 预装配画线法13 2 4 2 预装配画线法目前的问题1 4 2 5 本论文采用的研究方法1 4 2 6 本章小结1 4 第三章双点压力机滑块位移差理论计算1 6 3 1 影响双点压力机滑块倾斜的因素1 6 3 2 滑块最大位移差的理论计算1 6 3 2 1 曲柄滑块机构的滑块位移推导1 6 3 2 2 滑块位移差影响因素分析1 8 3 3j 2 5 2 0 0 样机滑块位移差定量分析2 0 3 4 双点压力机滑块倾斜造成的影响2 1 3 5 本章小结2 1 第四章双点压力机运动学仿真2 2 4 1 运动分析的目的和意义2 2 4 2c o s m o s m o t i o n 软件介绍2 2 4 2 1c o s m o s m o t i o n 软件的特点2 2 v i 4 2 2c o s m o s m o t i o n 软件的功能2 3 4 3 动画仿真与分析2 4 4 3 1 仿真分析基本步骤2 4 4 3 2 建立j 2 5 双点压力机结构模型2 4 4 3 3 仿真动画制作2 5 4 3 4 输出结果与分析2 7 4 4 本章小结3 1 第五章影响转角相位差的因素及其解决方法3 2 5 1 影响转角的相位差的因素3 2 5 2 误差的主要来源3 2 5 2 1 设计误差分析3 2 5 2 2 制造误差分析3 9 5 2 3 装配误差分析4 0 5 3 从加工工艺考虑提高精度4 1 5 3 1 同步加工工装设计4 1 5 3 2 同步校正方法4 2 5 3 3 同步校正工装特点4 3 5 4 从结构考虑改进方案4 3 5 4 1 现有结构改进方案比较4 3 5 4 2 结构方案设计4 5 5 4 3 锥形胀紧法特点4 7 5 5 本章小结4 8 第六章结论与研究工作展望4 9 6 1 研究成果4 9 6 2 创新性4 9 6 3 研究工作展望5 0 参教献51 致谢5 5 攻读硕士学位期间发表的论文情况5 6 扬州大学学位论文原创性声明和版权使用授权书5 7 牛瑞霞：双点压力机滑块运动精度的分析与研究 1 1 课题的研究背景 第一章绪论 随着现代科学技术的飞速发展和国际市场竞争的日趋激烈，机械产品正在向 着高速化、精密化、柔性化、多样化的方向飞速发展。经济全球化和世界市场一 体化的飞速发展，不断加剧了制造商之间的竞争，也提出了快速反应市场的要求。 由于采用现代化的锻压工艺生产的零部件具有效率高、质量好、耗能少和成本低 的特点，所以工业发达的先进国家越来越多地采用锻压工艺代替切削工艺和其他 加工工艺，美国、德国、日本的汽车工业如此发达，得益于其拥有锻压技术及装 备的领先地位。因此，锻压生产在工业生产中的地位越来越重要，锻压机械在机 床中所占的比重也越来越大【lj 。 锻压机械是指在锻压加工中用于成形和分离的机械设备。锻压设备是工业基 础装备的重要组成部分之一，广泛用于航空航天、汽车制造、家电产品、交通运 输、冶金化工等重要的工业领域。任何一个工业发达的国家，其锻压机床的技术 水平和拥有量，是其工业发达水平的重要标志，其中衡量国家工业水平的标志之 一的汽车工业，被当今世界主要工业发达国家和新兴工业国家列为国民经济支柱 产业，汽车工业的发展主导了锻压技术和锻压设备的发展，锻压技术的发展和进 步又基本是围绕汽车工业的发展而进行。激烈的市场竞争促进了产品更新换代的 速度明显加快，使产品生产周期进一步缩短；与此同时，汽车变型品种也日益增 多，现代汽车工业生产日益呈现生产规模化、车型个性化、车型批量小、车型变 化快、多车型共线生产、车身覆盖件大型化一体化的特征，传统的加工单一品种 的刚性生产线显然已经不适应这种特征和市场形势发展的要求，其升级换代的产 品集机械、电子、控制和检测技术为一体，满足了汽车工业大批量生产的需要， 这些具有高柔性和高效率的自动化锻压设备，成为世界冲压技术及装备发展的主 要潮流【2 1 。 机械压力机是电子信息、电器机械、汽车、仪器、办公设备等行业中最主要 的工艺装备之一。具有价格低廉、结构简单、生产效率高等优点，应用十分广泛。 曲柄压力机是采用机械传动的锻压机械，通过传动系统把电动机的运动和能量传 给工作机构，从而使坯料获得确定的变形，制成所需的工件。其执行机构是把传 动装置的旋转运动转变为工作机构( 滑块) 所规定的运动( 最常见的是往复直线 运动) 。采用曲柄轴、曲拐轴和偏心轴作为执行机构的输入构件，这些轴通过连杆 机构与滑块有着刚性的运动连接，借助于从执行机构和工作台( 机座) 到床身的 封闭力系作用使毛坯发生变形。曲柄压力机广泛应用在冲压、拉伸等多种不同的 工艺中，其工作平稳、工作精度高、操作条件好、结构简单，生产效率高，易 于实现机械化、自动化，适于在自动线上工作，因此，在数量上居各类锻压机 2 扬州大学硕士学位论文 械之首。 曲柄压力机按驱动连杆数的不同可分为单点压力机或多点压力机，其中双 点压力机是多点压力机中较为典型的一种。相对于单点压力机而言，双点的压 力机精度高，冲压速度可以更快，对模具的影响比单点压力机小，产品加工精度 相对较高，因此，在生产加工中多用于大型板料冲压及浅拉伸，动作可靠，传动 平稳。双点压力机适用于汽车、拖拉机、自行车、电器等工业部门的板材下料、 冲孔和浅拉伸等工作。由于工作台面较宽，附加上适当的模具和装置，亦可用于 级进模或其他多工位模具对复杂零件进行成型加工。与此同时，由于工作台面的 加大，要求滑块相对于下底面的平行度较高，即严格控制滑块的倾斜度在双点压 力机精度的影响中显得尤为重要。 1 2 压力机的发展概况和趋势 1 2 1 压力机国内外发展概况 锻压生产已有悠久的历史，但是，采用锻压机械进行锻压生产却只有百余年 的历史。十九世纪三十年代，世界上出现了第一台简易的平锻机和蒸汽锤。六十 年代生产了一些冲压用的液压机。直到十九世纪末，才出现相当规模的曲柄压力 机和锻造用的液压机。二十世纪前期，由于汽车工业的兴起，曲柄压力机以及其 他锻压设备得到了迅猛发展。 锻压机械中，曲柄压力机最多，占一半以上，用曲柄压力机可以进行冲压和 模锻等工业生产，它广泛用于汽车制造、农业机械、电器仪表、国防工业及日用 品等生产部门。随着工业的发展，曲柄压力机的品种和数量越来越多，质量要求 越来越高，压力越来越大，它在制造业以及其他工业的锻压生产中的作用也越来 越显著。特别是以锻压技术为基础的生产线的发展，从装料、预热、剪切、锻造、 检验到包装、发送全部自动进行，这不仅大大提高了生产效率，也使劳动条件大 为改善。随着冷挤压工艺的发展，各种类型的挤压机应运而生，使加工行业产生 巨大的变化。在日用品及家用电器生产中，如果不采用高速冲压机，产品的成本 与质量在国际市场上将失去竞争力，因此，大量制造和使用曲柄压力机，己成为 工业发达国家的发展方向之一。 自机械压力机出现以来，曲柄压力机一直向着高速度和高精度的方向发展， 并努力降低噪音，提高安全性，扩大自动化程度，提高劳动力。而由于机电产品 的日新月异，改型很快，冲压件的品种增多，批量减小，这就要求中小型机械压 力机具有更加广泛的适应性，能够进行方便快速的调节，甚至进行快速换模。基 于这些客观情况的变化，自七十年代中期以后，压力机的技术发展方向就发生了 显著的变化，在已有成绩的基础上，进一步向安全化、噪声低、电子化、“机器人” 化、提高适应性能等方向发展，特别采用微型计算机控制的曲柄压力机，更具有 先进的水平。如美国明斯特( m i n s t e ) 公司生产的2 5 0 k n 的2 0 0 0 s p m 超高速压力 机，美国国民( n a t i o n a l ) 公司开发了新的系列高速冷镦机，日本山田托比公司生 牛瑞霞：双点压力机滑块运动精度的分析与研究 产的f p 系列的闭式双点高速精密压力机，下死点变化量可控制在0 0 2 毫米以内 3 1 2 8 1 o 解放以前，我国曲柄压力机的生产非常落后，只能制造一些手动机床，解放 以后曲柄压力机才有了飞速的发展，由于自行研究和引进技术，研制水平达到了 一个新的高度。我国的汽车制造厂，电机电器制造厂以及其他有关的工厂都装备 了不少新型的曲柄锻压机械，随着改革开放几十年的发展，我国的曲柄压力机达 到了一定的规模，产品性能不断提升。2 0 0 4 年在上海举办的国际金属板材成形设 备展览会上，日本y a m a d a b o b y 、瑞士b r u d e r e r 等公司都展出了他们的最新 产品，产品性能达到了相当高的水平，如日本k y o r i 公司生产的m a c h 系列超高 速精密压力机，最高行程次数可达4 0 0 0 r p m ，而瑞士b r u d e r e r 公司2 5 t 压力机 也可达到15 0 0 r p m ，压力机下死点位置精度均可控制在o 0 1m m 左右。日本小松和 会田机械分别展出了各自开发的交流伺服电机驱动15 0 0 k n 曲柄压力机，该设备可 设置位移传感器检测滑块的运动，从而实现闭环控制，这些产品的出现大大丰富 了压力机家族的种类【4 j 。 图1 1 日本k y o r i 高速冲床 图1 2 瑞士b r u d e r e r 高速冲床 由于机电产品的日新月异，改型很快，冲压件的品种增多，批量减少，这些 工业大国压力机的制造也大大促进我国压力机的发展，中国加入w t o 后，国内市 场进一步开发，国外大量的冲压件加工转移到中国，促进了我国压力机的发展， 随着固定台压机的不断改进与发展，开式双点压力机逐步被用户所接受，特别这 几年我国模具技术的发展，使这种系列的压力机有了市场，双点压力机的宽工作 台面更适合多工位冲压加工，减少了工序，提高了生产效率，因此，国内的制造 商大量采用开式双点压力机替代单点的固定台压机，图1 3 为扬力集团生产的几种 双点压力机。 4 扬州大学硕士学位论文 j m 3 6 系列龙门型双点高性能压 j h 2 5 系列大工作面高性能压力 j 7 5 g 闭式双点高速精密压 j y 2 5 系列半闭式高性能双点压力 图1 3 双点压力机图 1 2 2 机械压力机的发展趋势 进入2 1 世纪以来，中国锻压机床行业经过技术引进，合作生产及合资等多种 方式的运作，快速地提升了我国冲压设备整体水平，但国内产品与国外名牌产品 的差距并没有明显缩短，我国锻压机械的总量供给能力很强，但整个锻压机械行 业的国际市场竞争能力不强。就机械压力机而言，存在的主要问题有以下几点： ( 1 ) 从压力机品种构成来看，国产小型、低档压力机所占比例较大，大中型机 械压力机产量偏少，技术附加值和数控化率较低。 ( 2 ) 从技术水平来看，大部分国产机械压力机不能全面符合国际主要安全标 准，在设备可靠性，整体自动化程度，设备的宜人化，制造的精细化和设计的人 性化等方面，与国外设备有较大的差距。 牛瑞霞：双点压力机滑块运动精度的分析与研究 5 ( 3 ) 从行业的综合能力来看，目前的“软肋是核心技术开发能力不足，设备 性能和服务及整体解决方案能力方面存在差距，规模化企业较少，面对技术含量 高、制造难度很大的装备制造要求，我们独立制造高尖设备的能力不强，与世界 制造业强国仍然存在很大差距。 因此，我国冲压设备行业和企业需要战略的思路和有效的措施应对当前的机 遇和挑战。加入w t o 给中国锻压行业及汽车、家电、航天航空等企业带来巨大的 机遇与挑战，推动了锻压技术、装备及市场的结构升级与发展。目前，我国汽车 工业如日中天，发展势头强劲，加上新兴的电子工业( 电讯、数据处理、自动控 制、家电) ，为冲压机床的发展提供了广阔的市场，可以预见，不久的将来，自动 锻压技术将主导中国锻压装备市场的竞争格局。以自动化、数控化、柔性化为发 展方向，用信息技术改造传统产业，推动我国锻压技术及装备的发展与升级，在 增强自身国际竞争力的同时，有力地支持国产汽车等民族工业的发展。为此，高 速冲压装备( 高速压力机及配套自动化) 、大型多工位压力机、伺服机械压力机等 需要大力发展，将会成为发展的主要趋势。 随着社会的发展，生态环境的问题显得越来越重要了，大力发展“绿色环保” 冲压机床也逐渐受到重视，国外锻压机械越来越注重环保问题，以减少噪声污染； 变速压机实现快速下降，慢速冲裁工件，快速回程，使振动和噪声大大降低。特 别是欧洲市场，已基本上贯彻i s 0 1 4 0 0 0 系列标准( 环境管理、避免振动和噪声) ， 锻压设备必须通过c e 认证。目前，国内外的很多生产厂家和研究人员都在研究平 衡和振动的问题，在结构平衡方面，已有很多较好的设计方案和成熟的动平衡装 置，系统地解决了曲柄压力机的平衡装置特性和噪声问题：在床身结构方面，国 内外的学者也提出了很多结构方案来解决振动和噪声问题。为了人身安全和无污 染环境，研发冲压机床时需做到“五绿”一一绿色设计、绿色材料、绿色工艺、 绿色包装和绿色处理。 1 3 课题来源及研究意义 1 3 1 课题的来源 随着现代工业和汽车行业的高速发展，压力机的使用越来越广泛，同时带动 了双点压力机的发展，随着社会的发展和人们生活水平的提高，产品越来越趋于 多样化，加工工件越来越小型化、精密化。因此，滑块的运动精度，特别是双点 压力机的滑块精度越来越受到关注。 j 2 5 2 0 0 型大工作面高性能双点压力机是江苏扬力集团自行设计开发并投入使 用的压力机，实物如图1 4 所示。该设备的主要参数如下： 型号：j 2 5 2 0 0 公称压力：2 0 0 0 k n 公称力行程：7 m m 滑块行程：2 5 0 m m 6 扬州大学硕士学位论文 标准行程次数：3 5 4 5 r p m 图1 4j 2 5 2 0 0 型双点压力机 该压力机采用曲柄滑块机构型式，利用s o l i d w o r k s 三维软件设计，机身经有 限元受力分析，模态分析，结构比较合理，床身强度和刚度均能满足工作要求。 设计中是基于经验对机床的零部件提出制造误差和装配误差的设计要求，在实际 加工与装配中，由于受到很多因素的影响，导致双点压力机滑块倾斜，影响加工 精度，由此，本课题作为江苏扬力集团与扬州大学开展的研究生工作站的项目， 要求对影响双点压力机滑块运动精度的主要因素进行理论分析和研究。 1 3 2 课题的研究意义 在汽车行业大力发展的今天，大台面机械压力机越来越受到大、中型汽车制 造商的青睐，大台面压力机常采用双点或四点的传动形式，多点压力机不论采用 哪种主传动形式，各曲轴连杆之间的运动均有同步性问题。同步性问题直接影响 滑块的运动精度，引起滑块倾斜，使滑块上下运动不良，上下模具不对中，不仅 影响产品的尺寸精度，而且会使模具损坏，特别是对薄板冲压加工影响尤其严重 3 4 1 o j 2 5 2 0 0 型大工作面高性能双点压力机，结构简单，加工和装配工艺性好，性 价比较高，自研发和研制定型后，一直受到广大用户的青睐，产品销售也很好。 但随着制造业的发展，对产品的精度要求也越来越高，因此，需要提高双点压力 牛瑞霞：双点压力机滑块运动精度的分析与研究 7 机滑块的运动精度，分析滑块运动精度的影响因素并找出其中最大的影响因素， 并由分析结果，提出解决方案，对提高压力机滑块运动精度具有很重要的意义。 1 4 主要研究内容 本课题以扬力集团提供的j 2 5 2 0 0 型大工作面高性能双点压力机为研究对象， 对压力机滑块的运动精度进行分析，分析产生误差的原因，并提出解决方案。具 体研究内容如下： ( 1 ) 对现有的j 2 5 2 0 0 双点压力机结构与运动特性分析，研究j 2 5 2 0 0 型双点 压力机的工作原理、结构组成及各组成部分的作用，介绍目前所采用的传统画线 预装配法，分析双点压力机传动系统的运动特性。结合c o s m o s m o t i o n 仿真和图 形分析，从运动学角度分析双点压力机的位移、速度和加速度特性。 ( 2 ) 从理论计算的角度分析影响双点压力机运动精度的主要因素，找出精度误 差最大的影响因素，分析曲柄相位角偏差产生的原因，并运用数学方法详细地分 析曲柄相位角偏差对运动精度的影响，在此基础上提出解决方案。 ( 3 ) 借助s o l i d w o r k s 三维实体建模软件，创建j 2 5 2 0 0 型双点压力机关键零部 件和三维实体模型，运用c o s m o s m o t i o n 对压力机进行运动学分析，控制相关的 技术参数和误差范围，输出相关的曲线，得出误差曲线，验证在完整的使用周期 内，曲柄相位差是造成误差的最重要原因。 ( 4 ) 分析造成曲轴相位不同的原因，主要从三方面进行，即设计误差，制造误 差和装配误差，从设计方面来讲，画出装配工艺尺寸链，得出双点压力机传动部 分各零部件的设计精度是否达到所要的精度要求，再取样检测，检查制造误差是 否达到要求，给出解决方案，最后装配并验证是否符合要求。 1 5 本章小结 本章介绍了机械压力机国内外发展现状与趋势，介绍了一些先进国家生产的 机床，阐述了课题研究背景，确定课题的来源与研究意义，并明确了本课题的主 要研究内容。 8 扬州i 大学硕士学位论文 第二章双点压力机结构与运动特性分析 2 1 双点压力机工作原理、结构组成及特点 机械压力机以曲柄滑块压力机为代表，曲柄压力机就是曲柄滑块机构将电动 机的旋转运动转换为滑块的直线往复运动，对坯料进行成形加工的锻压机械。每 个曲柄滑块机构称为一个“点”，最简单的机械压力机采用单点式，即只有一个曲 柄滑块机构。有的大工作面机械压力机，为使滑块底面受力均匀和运动平稳而采 用双点或四点pj 。 j 2 5 系列开式双点压力机是属于薄板冲压的通用压力机，广泛应用于电讯器 材、仪器仪表、电机电器、钟表、玩具、五金、拖拉机、汽车和航空航天等行业， 作冲孔、落料、弯曲、浅拉伸等多种冲压工艺外，由于工作台面大，还可以作大 型板料的冲压工作，多模具流水生产线，级进模连续冲压和多工位冲压等。 2 1 1 双点压力机工作原理 在研究双点压力机之前，先了解一下单点压力机的工作原理，如图2 1 所示： 图2 1 单点压力机传动示意图 1 电动机2 一三角皮带3 一大皮带轮4 制动器5 一曲柄轴6 一连杆7 滑块 8 下模9 板材1 0 一上模1 】一离合器1 2 大齿轮1 3 一小齿轮1 4 连接轴 电动机1 带动皮带传动系统2 ，3 ，将动力传到小齿轮1 3 ，通过齿轮1 3 和大 牛瑞霞：双点压力机滑块运动精度的分析与研究 9 齿轮啮合传到曲柄连杆机构，皮带轮同时又起飞轮作用。大齿轮12 旋转带动曲轴， 曲轴的偏心部分就是曲柄，曲轴旋转时，连杆摆动，将曲轴的旋转运动转变为滑 块的往复直线运动。上模10 装在滑块上，下模8 固定在垫板上，滑块带动上模相 对于下模运动，对放在上、下模之间的材料实现冲压。 与单点压力机不同的是，双点压力机是由两根曲轴同步驱动一个长滑块的压 力机。目前，双点压力机传动系统的曲轴有两种摆放方式，即横放和纵放，曲轴 平行于压力机正面的为曲轴横放，垂直于正面的为曲轴纵放，一般在中大型压力 机上采取曲轴纵放，采取曲轴纵放和横放没有严格的要求，要综合考虑零件的冲 压工艺、成本等因素来选择【6 。 曲轴横放形式的传动零件均在机身上方且多布置在机身两侧，而纵放形式则 是自上而下地布置在机身的中轴线上，因此整机重心相对较低，机床运转时稳定 性好。纵放形式的整机外形尺寸较横放形式显著减小，外形也比较平整，有利于 组成流水作业线。 456 图2 2 双点压力机传动示意图 1 一电动机2 三角皮带3 一大