数控转塔冲床旋转工位传动系统设计与精度研究

发布时间：2017-09-23 23:23

  本文关键词：数控转塔冲床旋转工位传动系统设计与精度研究

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【摘要】：数控转塔冲床是用于0.5-6mm薄板冲裁加工的关键设备,与普通数控冲床相比其配有模具库可以实现自动换模功能,模具库上的旋转工位可以实现模具的自动旋转功能,大大提高了冲床的加工能力,但是同样由于这些功能,数控转塔冲床与普通冲床相比,其加工精度受到一定影响,而且在旋转工位的传动系统在设计中存在一些问题,卡模、偏模等情况时有发生。本课题就是以某型号的数控转塔冲床为研究对象,设计了一套旋转工位传动系统,并对其精度进行分析。对旋转工位的加工精度进行分析,指出旋转工位传动系统的传动精度影响其转角精度和冲裁间隙,利用多体运动学原理建立了旋转工位模具的运动误差模型并根据现有型号的结构参数得出旋转工位的传动精度要求为±0.01°。根据旋转工位的各项设计要求和现有旋转工位传动方式的优缺点确定了旋转工位传动系统的传动方案,选择合适的驱动电机,进行传动比分配以及对重要零部件进行设计计算。对传动系统的各部件进行了结构设计,并在现有数控转塔冲床上进行虚拟装配。对所设计的旋转工位传动系统的传动链误差进行了理论计算,分析了传动链各部件精度对旋转工位传动精度的影响情况,得出蜗杆蜗轮的传动精度是影响旋转工位传动精度的最主要因素。对引起蜗杆蜗轮回差的装配误差进行分析,利用Adams软件对蜗杆蜗轮进行啮合仿真,分析中心距误差、中间平面误差、轴交角误差三个因素对其转角精度的影响,得出轴交角误差对转角精度影响最大,中间平面次之,中心距最小。利用Ansys Workbench软件建立机身转塔部件的有限元分析模型,分析机床的前8阶振型对加工精度的影响,发现工作台板与机身主板连接处、支承轴与底板连接处,机身侧向这三个地方刚度较低,对加工精度影响较大,需要进行加强。利用激振设备对该机床的转塔部件进行了激振试验,得出转塔部件振型和固有频率。将有限元分析出的结果与模态试验所得结果进行比较确认有限元模型的正确性。对机身与转塔进行了瞬态响应分析,分析典型工况四个周期的冲裁载荷作用下机身与转塔的振动情况。
【关键词】：数控转塔冲床 旋转工位 传动系统设计 精度 动态特性分析
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG385
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 课题研究意义及目的9-10
• 1.2 数控转塔冲床的国内外研究现状10-11
• 1.3 数控转塔冲床旋转工位传动系统研究现状11-14
• 1.4 数控转塔冲床旋转工位加工精度研究现状14-15
• 1.5 课题来源15-16
• 1.6 本文主要研究内容16-17
• 2 旋转工位加工精度分析与精度建模17-29
• 2.1 旋转工位加工精度分析17-19
• 2.2 多刚体运动学原理19-21
• 2.2.1 物体位姿的表示19-20
• 2.2.2 齐次变换矩阵表示20-21
• 2.3 旋转工位模具运动分析21-22
• 2.3.1 多级坐标系的变换21-22
• 2.3.2 旋转工位模具运动的拓扑结构22
• 2.4 旋转工位模具运动误差模型22-25
• 2.4.1 支承轴与模具误差传递模型22-24
• 2.4.2 模具间隙计算与模型验证24-25
• 2.5 转塔定位精度分析25-27
• 2.5.1 转塔的定位方式和主要零部件的作用26
• 2.5.2 转塔的定位精度计算26-27
• 2.6 本章小结27-29
• 3 数控转塔冲床旋转工位传动系统设计29-39
• 3.1 旋转工位传动方案设计要求29-30
• 3.1.1 总体功能要求29
• 3.1.2 总体技术指标29
• 3.1.3 总体结构要求29-30
• 3.2 旋转工位传动系统传动方案设计30-32
• 3.2.1 旋转工位总体传动方案30
• 3.2.2 旋转工位传动方案原理30-31
• 3.2.3 传动比的分配与电机选择31-32
• 3.3 结构设计32-37
• 3.3.1 蜗轮蜗杆的设计32
• 3.3.2 圆柱蜗轮蜗杆的计算32-34
• 3.3.3 轴的设计计算与校核34-35
• 3.3.4 离合机构的设计35-36
• 3.3.5 蜗杆蜗轮自转模设计36-37
• 3.4 旋转工位传动系统的三维建模与虚拟装配37
• 3.5 旋转工位传动系统的优点37-38
• 3.6 本章小结38-39
• 4 旋转工位传动系统精度分析39-51
• 4.1 新型旋转工位传动链介绍39
• 4.2 旋转工位传动链运动精度分析39-41
• 4.2.1 旋转工位分度蜗轮的误差引起的旋转工位的回转误差40
• 4.2.2 蜗杆的误差引起的旋转工位的回转误差40
• 4.2.3 锥齿轮的误差引起的旋转工位的回转误差40
• 4.2.4 离合机构间隙引起的旋转工位的回转误差40-41
• 4.2.5 旋转工位的总回转误差计算41
• 4.3 蜗轮蜗杆精度分析41-43
• 4.4 多体动力学仿真技术43
• 4.5 ADAMS仿真分析步骤43-44
• 4.6 蜗杆传动动力学模型的建立44-47
• 4.6.1 模型简化与导入44-45
• 4.6.2 设置模型属性参数45-46
• 4.6.3 添加模型零件之间的约束和载荷46
• 4.6.4 轮齿碰撞力参数设置46-47
• 4.7 蜗杆蜗轮理想装配时仿真结果分析47-48
• 4.8 存在安装误差条件下的蜗轮蜗杆的仿真48-50
• 4.8.1 存在中心距误差时的仿真分析48
• 4.8.2 存在中间平面误差时的误差分析48-49
• 4.8.3 存在轴交角误差时的误差分析49-50
• 4.9 本章小结50-51
• 5 机身与转塔动态特性分析51-65
• 5.1 转塔冲床机身与转塔有限元模型的建立51-53
• 5.1.1 转塔冲床转塔与机身结构简介51-52
• 5.1.2 单元类型的选择52
• 5.1.3 材料属性的设置52-53
• 5.1.4 网格划分53
• 5.1.5 结合面的动力学建模53
• 5.2 转塔机身有限元模态分析53-55
• 5.3 转塔与机身振型对加工精度的影响55
• 5.4 转塔部件试验模态测试及分析55-60
• 5.4.1 模态试验方法56
• 5.4.2 模态试验的步骤56-57
• 5.4.3 模态试验使用的仪器设备57
• 5.4.4 试验设计57-59
• 5.4.5 试验模态与有限元分析模态对比59-60
• 5.5 机身与转塔瞬态响应分析60-64
• 5.5.1 冲裁载荷分析61-62
• 5.5.2 机身与转塔部件瞬态响应结果62-64
• 5.6 本章小结64-65
• 6 总结与展望65-67
• 6.1 总结65-66
• 6.2 展望66-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-72
• 附录A72-73
• 附录B73-77

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本文编号：908056