高速精密冲床的发展状况及工作稳定性

发布时间:2018-10-17  发布者:禹创重工机械
在普通冲床的基础上研发高精度、高速冲床,需要面临一些技术问题:加工零件的精度要求;滑块上下往复运动的频率增加所带来的振动问题;高速运动的传动机构之间由于摩擦生热所带来的高热量问题;双面数控镗孔专用机床工作台面和滑块底面的平面度问题等。像这样的问题还有很多,这些都是制约高精度高速冲床研发所面临的函待解决的问题。下面来介绍解决这些问题的发展状况。
冲床轴承一般位于冲床主轴、曲轴、齿轮等冲床的回转部位。高速精密冲床轴承的可靠度直接决定冲床整机的工作稳定性。并且其可靠性对冲床工作精度起决定性作用,同时轴承故障也是冲床工作系统中较 主要的故障形式,在周期性载荷和冲击载荷作用下易产生径向与轴向间隙增大、异常振动和温升,导致轴承疲劳点蚀、表面磨损甚至烧伤。分析设备可靠性首先要确定轴承的故障概率和可靠度。高速冲床一般安装的轴承为滚动轴承。
滚动轴承在高速运转条件下,由于离心力的作用,滚动体压向轴承外圈滚道产生较大的接触应力,滚动体与内圈之间产生打滑现象,从而导致轴承的磨损与发热,致使轴承早期损坏。
振动在机械系统中普遍存在,可能会造成共振或者疲劳破坏,从而影响结构的使用寿命和性能,因此了解结构本身的刚度特性,将有效地避免在使用过程中因共振而造成不必要的损失。冲床工作时,其负荷特征是短期高峰负荷,会对机器产生冲击作用,使机构发生振动。随着冲床工作速度的不断提高,振动和噪声问题就愈来愈严重,所以对其进行动态性能分析也就越来越重要。在进行结构设计时,仅靠单纯的静态设计和经验设计己不能完全满足目前工程的要求,必须考虑各种动态因素,并对结构进行详细的动力分析,以达到抗振、安全、可靠的目的。
随着高速冲床行程次数的提高,引起的振动和噪声问题也愈加严重,所以必须解决好高速冲床的振动问题。要减小高速冲床的振动,首先遇到的问题就是如何有效的控制工作机构的惯性力所引起的振动。为了能有效地平衡曲柄滑块机构产出的惯性力,首先必须计算出曲柄滑块机构在运动过程中产生的惯性力的大小,而要计算出惯性力,就必须对曲柄滑块机构进行运动学和动力学分析,这样才可以采取有效的平衡方案。
高速冲床是采用机械传动的材料成形设备,通过传动机构获得材料成形时所需的力,从而使坯料获得确定的变形,制成所需工件,可进行冲压、挤压和锻造等工艺。高速冲床的工作机构形式多种多样,通常由曲轴、连杆、导轨和滑块等零件组成,功能是把曲轴系统的回转运动转化为导轨系统的往复直线运动。所以在设计好传动系统后要进行冲床的运动学分析、惯性力分析以及工作机构的力学分析,以上分析可以借助仿真软件进行辅助分析。同时可以依据虚拟样机技术对高速高精密冲床进行动态仿真分析并进行优化,从而可以大大缩短传统设计开发所需的时间和成本,实现高效开发。
为防止由于冲床在工作时发生的振动,特别是高速冲床的高速振动所引发的机床共振,我们要对机床进行模态分析。模态分析技术解决了静态分析难以解决的机构动力特性,模态参数识别等问题。通过确定系统的固有频率和固有振型等模态参数,改变系统的局部结构,使系统避免发生共振。
阀门专机结构的好坏,不仅要有良好的静态特性,而且还需要注意其动态性能。为防止机构模态频率和激励频率祸合使机床产生共振,冲床关键结构件的模态以及整机模态应满足以下要求:
(1)冲床关键结构件以及组合结构的模态频率应避开电动机经常工作的频率;
(2)冲床关键结构件的低阶固有频率应避开冲床的工作频率;
(3)对于冲床工作精度影响较 大的方向振幅较小,基频较高,在规定范围内出现的振型数目较小则冲床的动态性能较好。因此,在设计高速冲床的结构时,应尽量使冲床关键结构件的模态频率满足上面的要求,这样就可有效地避免共振现象的发生,达到减小振动和噪声,提高加工精度,延长使用寿命的目的。
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