本科生毕业论文（设计）
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导教师: 开题报告
高速冲压工况下多连杆超精密 压力机热特性研究 工学院 机械设计制造及其自动化 机制113 职称: 讲师
20 年 月 日 南京农业大学教务处制
题
姓 学 专
班学
指
本课题的意义 压力机冲压速度的不断提高，轴承及其相应部件因摩擦产生的发热量急剧增加，导致压力机产生热漂移，上模具位置发生变化，影响冲压工艺中模具与板材的相对位置的准确性，降低压力机的冲压精度，导致工件产生尺寸和几何误差。 在压力机动、静刚度逐步提高的同时，其工作过程中由轴承及其他相应部件的摩擦所引起的发热和温升不可避免，由此引起的热变形将对滑块的下死点精度造成影响，从而直接导致其加工工件精度和质量的下降。随着压力机的高速重载化发展，由热变形引起的热误差在总误差中所占比例越来越大，己成为进一步提高其精度和转速的主要制约因素。因此，研究高速冲压工况下多连杆压力机的热特性具有极其重要的意义。 国内外研究概况 目前，世界上很多国家都系统地对机床进行了热变形实验研究和理论探讨，并建立了热变形研究理论。2002 年，日本的Susumu Ohishi 等人[15]用实验方法研究了装有空气静压轴承的主轴单元温度场分布，并测量出了主轴和轴承座孔的变形量。2003年，新加坡国立大学的R. Ramesh 和M.A. Mannan 等人[16]用实验方法测得某加工中心在不同工况下的热误差，并分析了不同工作参数对热误差的影响规律。弗罗里达大学的Tony L. Schmitz 等人[17]用实验的方法测量了铣床的准静态几何误差、热效应引起的几何误差、主轴热膨胀误差以及二维轮廓误差，并比较了各种误差来源对高速铣床总误差的影响。压力机的整体精度包括静态精度和动态精度。静态精度有几何精度、运动精度、定位精度和传动精度等，主要取决于压力机上主要零部件的制造与装配精度；动态精度是压力机工作过程中滑块相对于工作台面在纵向、横向和垂直方向的位移[4]，是压力机在载荷、温升、振动等作用下的精度，在很大程度上取决于压力机的动静刚度和热刚度等。 我国对机床热变形的研究是从上世纪50 年代开始的，在50 年代末、60 年代初，我国很多单位都进行了热变形研究，70 年代后期，机床热变形的科研和学术活动在不少高校先后展开。2000年，项伟宏、郑力、刘大成等人[6]通过实验的方法测量了TH6350 卧式镗铣加工中心关键部件主轴部分的温度场，并用涡流传感器测量了主轴的热误差，结果表明主轴系统前轴承附近温升最高，达18°C，主轴的轴向窜动量最大时达到50μm。2001 年，张伯霖等人[7][8]也对高速电主轴的热特性进行试验与分析，并对影响高速主轴单元热态特性的主要因素及其变化规律进行了探索。2006 年，钱华芳[9]应用温度传感器优化布置理论对机床主轴进行温度传感器优化布置，测量了机床的温度和热变形值。 应用前景 本课题研究成果能够为多连杆超精密压力机温度补偿方案与智能润滑系统设计提供理论依据，提高压力机的下死点动态冲压精度。 [1] Susumu Ohishi, Yasushi Matsuzaki. Experimental investigation of air spindle unit thermal characterics[J]. Precision Engineering Journal of the International Societies for Precision Engineering and Nanotechnology, 2002(26):49-57 [2] R. Ramesh, M.A. Mannan, A.N.Poo. Thermal error measurement and modeling in machine tools. PartI. Influence of varying operating conditions[J]. International Journal of Machine Tools&Manufacture , 2003(43):391–404 [3] Tony L. Schmitz, et al. Case study: A comparison of error sources in high-speed milling[J]. Precision Engineering, 2008(32):126-133 [4] 陈正中.高速精密压力机特点及其发展趋势[J].锻压机械，1998(5)：8-9 [5] 洪有为.机床主轴系统热特性建模分析及结构优化设计[D].南京：东南大学，2005 [6] 项伟宏，郑力等.机床主轴热误差建模[J].制造技术与机床，2000(11):12-14 [7] Zhang Bolin, Xia Hongmei, Huang Xiaoming. Approach to some problems in design and manufacturing of high speed spindle with built in motor[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool,2001(7):12-14 [8] 张志润，张伯霖.超高速数控机床主轴单元的设计研究[J].广东工业大学学报， 1998(15):1-5 [9] 钱华芳.数控机床温度传感器优化布置及新型测温系统的研究[D].浙江：浙江大学， 2006 研究的目标 建立多连杆超精密压力机的有限元热耦合模型，研究高速冲压工况下压力机的温度场和热变形变化规律以方便以后解决或减少这种偏差。 研究的内容 1）计算不同工况下连杆热源发热量的理论值和表面对流换热系数的试验修正值。建立连杆温度场分析模型，利用有限元仿真得到其温度场，在求得连杆的温度场后建立热变形分析的热-力耦合有限元模型，分析了连杆热变形情况，并研究了转速和打桩力对温度场和变形的影响规律。 2）建立压力机曲轴温度场分析和热-力耦合有限元分析模型有限元模型，分析了曲轴的温度场和热变形情况。 3）对整机的温度场分布和热变形进行有限元仿真研究，并对压力机的温度和下死点位置变化进行了试验研究，研究不同工况下整机的温度场以及下死点位置变化规律。 拟解决的关键问题 Ansys网格的划分，多连杆的计算，模拟实验结果的不确定性 研究方法 Ansys软件热分析、电脑模拟计算 技术路线 首先，将压力机主传动系统简化为曲柄滑块机构并对其进行动力学分析，分别计算不同工况下连杆热源发热量的理论值和表面对流换热系数的试验修正值。建立连杆温度场分析的有限元模型，采用瞬态热分析求解其温度场，并以此作为边界条件建立其热-力耦合模型，分析由温升引起的连杆相应热变形。 其次，建立压力机曲轴的热-力耦合有限元模型，分别计算在理论对流换热系数和修正对流换热系数下的曲轴温度场分布和热变形，并以控制变量法分析转速和打桩力对压力机曲轴温度场和热变形的影响规律。利用涡流传感器测量曲轴不同点的径向变形，通过比较测量值和有限元计算结果表明，两者误差均保持在可接受范围内，由此证明采用有限元方法计算曲轴温度场和热变形的可行性。然后，将连杆和曲轴的热特性分析所得的边界条件作为压力机整机热载荷，对整机的温度场分布和热变形进行了有限元仿真分析。对压力机若干测量点的温度和下死点精度进行了试验研究，通过试验验证了压力机整机热特性有限元分析的准确性，并就不同工况下压力机整机的温度场分布和下死点精度进行深入分析。 可行性分析 专业老师的指导及学校实验室和图书馆的资料大大提升了该实验方案的可行性。 特色或创新之处 建立连杆温度场分析模型，利用有限元仿真得到其温度场，在求得连杆的温度场后建立热变形分析的热-力耦合有限元模型，分析了连杆热变形情况，并研究了转速和打桩力对温度场和变形的影响规律。建立压力机曲轴温度场分析和热-力耦合有限元分析模型有限元模型，分析了曲轴的温度场和热变形情况。对整机的温度场分布和热变形进行有限元仿真研究，并对压力机的温度和下死点位置变化进行了试验研究。 研究计划及预期进展 2015年1月-3月中旬完成前期准备工作，包括对于有限元软件的学习，相关知识的补充并开始有限元网格的划分 3月中旬到4月中旬完成网格的划分，热分析，数据的计算，数据的整理 4月中旬到4月底完成毕业论文及一些其他工作 5月开始准备答辩 具备条件：学院实验室、学院图书馆、 缺少条件：有限元软件热分析方面的学习资料 拟解决途径：网络视频教学及通过其他网络图书馆的资料学习 本科生毕业论文（设计）开题报告评定表
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南京农业大学工学院本科毕业设计开题报告 - 图文
