【文章內(nèi)容簡介】 2F 等多個(gè)系列的大型伺服壓力機(jī)產(chǎn)品。分別采用伺服電機(jī)經(jīng)帶輪、齒輪或螺桿驅(qū)動(dòng)的六連桿肘桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作。其中 H1F 伺服壓力機(jī)的沖壓能力規(guī)格在 350kN2022kN 之間，H2F 伺服壓力機(jī)有沖壓能力規(guī)格 2022kN,3000kN等產(chǎn)品。還可根據(jù)客戶需要提供 8000kN ,10000kN 等更高規(guī)格的伺服壓力機(jī)產(chǎn)品。日本網(wǎng)野公司自 1995 年開始研制大型伺服壓力機(jī)，采用交流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源，通過減速器驅(qū)動(dòng)特殊螺桿，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)對(duì)稱六連桿肘桿機(jī)構(gòu)，再帶動(dòng)沖頭滑塊運(yùn)動(dòng)。該公司 2022 年開發(fā)出世界上最大的大型伺服壓力機(jī)，沖壓能力高達(dá) 25000kN。目前公司根據(jù)各種生產(chǎn)需求，已經(jīng)生產(chǎn)出機(jī)械連桿伺服壓力機(jī)、曲柄多連桿伺服壓力機(jī)、液壓式伺服壓力機(jī)等多種類型的伺服壓力機(jī)。此外，還有日本天田(AMADA)公司的 SDH 系列伺服壓力機(jī)，以及山田(YAMADA DOBBY)公司的 SVO 系列伺服壓力機(jī)產(chǎn)品。新型 125 噸深喉頸曲柄壓力機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)3圖 11 AMINO 公司生產(chǎn)的 1300 噸大型鈑金加工伺服壓力機(jī)歐洲一些壓力機(jī)廠商也加入到這一行列中，如德國凱撒(KAIBER}、舒勒(SCHULER)，其中德國 SCHULER 公司在 2022 年北京國際機(jī)床展 (CIMT07)上推出了 25003600kN 的一系列壓力機(jī)產(chǎn)品。2022 年，舒勒推出了新一代伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)械壓力機(jī)。這種新的落料與成型壓力機(jī)用途相當(dāng)廣泛。集合了所有壓力機(jī)特點(diǎn)的可編程伺服直接驅(qū)動(dòng)技術(shù) SDT 確保了如此廣泛的應(yīng)用。這種新的壓力機(jī)配備指定的模具和自動(dòng)化概念可被設(shè)計(jì)為多工位或者級(jí)進(jìn)模壓力機(jī)。這類新型壓力機(jī)配備高性能扭矩電機(jī)，既沒有飛輪，也沒有離合器和剎車，因此靈活度很高。這種新的沖壓和成型伺服壓力機(jī)公稱力范圍從 250030000kN。 國內(nèi)伺服壓力機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀我國壓力機(jī)制造企業(yè)自 80 年代開始，通過技術(shù)引進(jìn)，合作制造和自主創(chuàng)新等模式積極吸收、消化國外機(jī)械壓力機(jī)先進(jìn)設(shè)計(jì)及制造技術(shù)，目前已經(jīng)完全掌握機(jī)械壓力機(jī)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)。如今，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長，對(duì)高精度、高效率的大型伺服壓力機(jī)的需求不斷增加。以占行業(yè)總銷售額 68%的汽車沖壓件為例，正以每年 25%的速度增長。但國產(chǎn)高端產(chǎn)品和技術(shù)與國際存在差距、尤其是自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)設(shè)備和技術(shù)的匾乏，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，更難以應(yīng)對(duì)日益激烈的國際競爭。近年來，國家開始重視伺服壓力機(jī)研究與開發(fā)工作，在國家數(shù)控重大專項(xiàng)立項(xiàng)。大型伺服壓機(jī)等先進(jìn)裝備具有廣闊的市場前景和市場空間，也給傳統(tǒng)壓機(jī)制造企業(yè)帶來巨大的生存壓力，我國壓力機(jī)行業(yè)必須迎接挑戰(zhàn)，變被動(dòng)為主動(dòng)，開發(fā)新型伺服壓力機(jī)，占領(lǐng)廣闊的市場。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長，對(duì)高精度、高效率的大型壓力機(jī)的需求不斷增加。目前，國內(nèi)對(duì)壓力加工設(shè)備的需求主要在以下幾個(gè)領(lǐng)域:①傳統(tǒng)機(jī)械、電力工業(yè)，約占總需求的 50%。②汽車制造業(yè)，約占總需的 30%。③軍工產(chǎn)業(yè)，約占總需求的%。④高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，約占總需求的 % ,而且隨著我國高新技術(shù)的發(fā)展，這一比重將越來越高。很顯然，在這些高速發(fā)展的領(lǐng)域內(nèi)，蘊(yùn)藏著巨大的市場和商機(jī)。以占行業(yè)總江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文4銷售額 68%的汽車沖壓件為例，正以每年 25%的速度增長，大型壓力機(jī)等制造裝備需求量大。我國目前還沒有自己成熟的大型伺服壓力機(jī)產(chǎn)品，濟(jì)南二機(jī)床 2022 年 10 月剛剛研制出我國第一臺(tái)大型伺服壓力機(jī)試驗(yàn)樣機(jī)，沖壓力為 10000kN，該類型伺服壓力機(jī)在空載階段采用交流伺服電機(jī)調(diào)速來提高滑塊運(yùn)行速度、負(fù)載階段仍然通過飛輪速降來釋放能量的模式進(jìn)行工作，保留了飛輪和離合器等耗能部件。臺(tái)灣金豐企業(yè)開發(fā)了 CM1 型伺服壓力機(jī)，該型壓力機(jī)可提供的沖壓能力在 8002600kN 之間。廣州鍛壓機(jī)床廠先開展了伺服壓力機(jī)的研究，先后開發(fā)了多種傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的伺服壓力機(jī)，其在 2022 年與華南理工大學(xué)聯(lián)合設(shè)計(jì)制造的 GDKS 系類肘桿伺服壓力機(jī)，通過連桿、混合肘桿增力機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)，最大規(guī)格為 6300kN。齊二機(jī)床為了進(jìn)一步提高壓力機(jī)技術(shù)水平，縮短與國外先進(jìn)技術(shù)的差距，企業(yè)近年來又先后引進(jìn)了瑞典 APT 研配試沖液壓機(jī)技術(shù)，與上海交通大學(xué)合作成功研制了伺服壓力機(jī)技術(shù)。2022 年，企業(yè)又與掌握著當(dāng)今世界最高水平的大型數(shù)控多工位壓力機(jī)核心技術(shù)的德國漢克自動(dòng)化公司簽訂引進(jìn)技術(shù)協(xié)議。2022 年齊二機(jī)床廠與上海交通大學(xué)采用冗余容錯(cuò)技術(shù)聯(lián)合開發(fā)成功了 2022kN 對(duì)稱肘桿伺服壓力機(jī)。在 2022 年中國國際博覽會(huì)上，齊齊哈爾第二機(jī)床集團(tuán)展出完全自主研究的第一臺(tái)全數(shù)控伺服壓力機(jī)，突破伺服電機(jī)技術(shù)，打破了國外大型伺服電機(jī)對(duì)中國市場的壟斷，經(jīng)濟(jì)價(jià)值巨大。 中國一重依托國家數(shù)控機(jī)床重大專項(xiàng)，研究開發(fā)大型伺服閉式四點(diǎn)壓力機(jī)，主要用于汽車外覆蓋件的沖壓，該伺服壓力機(jī)最大公稱壓力為 25000kN，其研制開發(fā)將推動(dòng)并提升我國大型伺服壓力機(jī)的整體水平。 深喉壓力機(jī)的優(yōu)點(diǎn)深喉沖床是沖床的一種，一般用在板料沖孔方面，如大型電氣箱電器柜中間開的百葉窗，防盜門門中間開的貓眼，因料孔距離板邊距離通常在 300mm 以上或更多，而普通沖床喉深只有 180230 左右，板料放進(jìn)去沖床后墻板擋抵住了板料，無法實(shí)現(xiàn)料孔距板邊300 或 500 的距離，這就需要用深喉沖床來實(shí)現(xiàn)。深喉沖床大大的提高了板料的利用率，擴(kuò)大了可加工產(chǎn)品的范圍。圖 12 為國內(nèi)知名鍛壓企業(yè)揚(yáng)鍛的深喉沖床。新型 125 噸深喉頸曲柄壓力機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)5圖 12 JB21S 系列開式深頸固定臺(tái)式壓力機(jī) 本課題研究的主要內(nèi)容本課題是對(duì) 125 噸深喉伺服曲柄壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先對(duì)壓力機(jī)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)：擬定傳動(dòng)方案，根據(jù)技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)主要零部件。然后進(jìn)行三維實(shí)體建模，對(duì)床身進(jìn)行有限元分析并且進(jìn)行優(yōu)化。具體研究內(nèi)容包括：（1） ．分析伺服壓力機(jī)的工作原理。（2） ．對(duì)壓力機(jī)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。（3） ．通過 UG 進(jìn)行各零部件及機(jī)身的三維建模，并進(jìn)行裝配，得到實(shí)體模型。對(duì)機(jī)身進(jìn)行有限元分析并優(yōu)化。江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文6新型 125 噸深喉頸曲柄壓力機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)7第 2 章 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 曲軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 曲軸的設(shè)計(jì)曲軸為壓力機(jī)重要零件，受力復(fù)雜，故制造要求較高，此壓力機(jī)我選用 40Cr 鍛制而成。圖 21 曲軸相關(guān)尺寸支承頸直徑為： gPd)54.(0??， 為公稱壓力，為 1250KN，取 。md160?其他各部分尺寸見下表。曲軸各部分尺寸名稱 代號(hào) 經(jīng)驗(yàn)數(shù)值 取值(mm)曲柄頸直徑 Ad0)(d?200支承頸長度 0l 25300曲柄兩臂外側(cè)面間的長度 q 0).3(440曲柄頸長度 al 71d?240圓角半徑 r0).8( 14曲柄臂的寬度（或直徑） 3250曲柄臂的高度 h 355表 21 曲軸有關(guān)尺寸經(jīng)驗(yàn)公式及取值江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文8 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式建立的曲軸的設(shè)計(jì)模型圖及主要尺寸如圖所示。圖 22 曲軸尺寸取值 曲軸的強(qiáng)度計(jì)算圖 23 曲軸強(qiáng)度計(jì)算簡圖 曲軸的危險(xiǎn)截面為曲柄頸中央的 BB 截面和支承頸端部的 CC 截面。BB 截面為彎扭聯(lián)合作用，單由于彎矩比扭矩大得多，故忽略扭矩計(jì)算出來的應(yīng)力與考慮扭矩的差不多。彎矩：mNPrLMgaqw ????????? 975012482048彎曲應(yīng)力及強(qiáng)度條件： ??aaAgaq MPdr )(.0)( 933 ?????CC 截面為彎扭聯(lián)合作用，單扭矩比彎矩大得多，故可以只計(jì)算扭矩的作用。新型 125 噸深喉頸曲柄壓力機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)9公稱當(dāng)量力臂：??0)1(2)sin(si duRmBAggg ????????162.. ?????? =52mm扭矩： 125052=65000Nm?gPM剪切應(yīng)力及強(qiáng)度條件：??aaag ?????符合要求。 連桿和調(diào)節(jié)螺桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算 連桿和調(diào)節(jié)螺桿的設(shè)計(jì)（1） ．連桿及調(diào)節(jié)螺桿主要尺寸的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)球頭式調(diào)節(jié)螺桿主要尺寸經(jīng)驗(yàn)公式及取值，如表 22。圖 24（a） 調(diào)節(jié)螺桿（b）連桿江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文10符號(hào) 經(jīng)驗(yàn)尺寸（mm） 取值（mm）?1600 Bd801102 .11003dB9?1604 180H(螺紋最小工作高度) 321170表 22 調(diào)節(jié)螺桿及連桿有關(guān)經(jīng)驗(yàn)尺寸及取值（2） ．連桿總長度的確定由于 λ 一般小于 ，對(duì)于通用壓力機(jī)，一般在 ～ 之間，取 λ=，則，所以 。?? mL80minax??（3） ．連桿上的緊固件連桿蓋分為上下兩部分，需用雙頭螺柱連接，我選取 4 個(gè) M20 的雙頭螺柱，因?yàn)殡p頭螺柱承受的載荷較為復(fù)雜，所以我們不予以計(jì)算。 調(diào)節(jié)螺桿的強(qiáng)度校核上傳動(dòng)壓力機(jī)在工作時(shí)連桿受壓力作用由于調(diào)節(jié)螺桿截面較小，故一般校核調(diào)節(jié)螺桿的壓縮應(yīng)力即可。 ??yyFP????min0為連桿的作用力，對(duì)于單點(diǎn)壓力機(jī)： KNg125000P 220min 934dF??因此， ayMP13950126?????。 球頭式連桿的調(diào)節(jié)螺桿用 45 號(hào)鋼鍛造，調(diào)質(zhì)處理，球頭表面淬火，硬度HRC42。其許用壓縮應(yīng)力為 ??ay80?， ??yy??。 調(diào)節(jié)螺紋的強(qiáng)度校核調(diào)節(jié)螺紋一般采用特種止推螺紋或梯形螺紋。因?yàn)閴毫C(jī)是在重載情況下工作，故選用梯形螺紋，尺寸為 M11012。由于螺母的材料一般比調(diào)節(jié)螺桿的差，因此，檢驗(yàn)螺母（即連桿體）上的螺紋強(qiáng)度新型 125 噸深喉頸曲柄壓力機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)11即可。螺紋的破壞有三種可能性：即牙齒根部的彎曲、剪切破壞和牙齒表面的擠壓破壞。由資料分析可知，只需檢驗(yàn)彎曲強(qiáng)度即可。由于螺紋可以看成是 0P作用在螺紋中徑處的懸臂梁，所以螺母的螺紋壓根處的最大彎曲應(yīng)力為 WMw??式中 為螺紋根部的彎矩，W 為螺紋根部的截面系數(shù)。 421)(100dnPdnw????式中， 0P—連桿上的作用力； —螺紋的外徑； 1—螺紋的內(nèi)徑； n—螺紋的最少工作圈數(shù)： sH，H—螺紋的最小工作高度；s —螺距。 620hdW??， h—螺紋牙根處的高度，對(duì)于梯形螺紋 ?。所以，aMPhHdsPhdn )1.(15.)( ???????????連桿體材料選用鑄鋼 ZG35，其許用應(yīng)力 ??aMP8?， ????，可以使用。 連桿和封閉高度調(diào)節(jié)裝置 連桿和封閉高度調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)不同高度的模具，壓力機(jī)的裝模高度需能調(diào)節(jié)。我們是用調(diào)節(jié)連桿的長度來達(dá)到調(diào)節(jié)裝模高度的目的。即連桿不是一個(gè)整體，而是由連桿體與調(diào)節(jié)螺桿用螺紋連接，轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿使其從連桿體中旋入或旋出，就可改變連桿的長度，也就改變了滑塊的位置，從而達(dá)到調(diào)節(jié)壓力機(jī)封閉高度(裝模高度)的目的。調(diào)節(jié)方式分為手動(dòng)調(diào)節(jié)和機(jī)動(dòng)調(diào)節(jié)，手動(dòng)調(diào)節(jié)只適合小型壓力機(jī)，本次設(shè)計(jì)選用機(jī)動(dòng)調(diào)節(jié)：螺桿球頭的中心鉆出一個(gè)通孔，用一根銷軸與撥快固定，撥塊旋轉(zhuǎn)，螺桿即旋轉(zhuǎn)，撥塊由蝸輪和蝸桿帶動(dòng)，蝸桿蝸輪由調(diào)節(jié)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)，所以開動(dòng)電機(jī)即可調(diào)節(jié)裝模高度。 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)及調(diào)節(jié)電機(jī)的選取調(diào)節(jié)裝置的有關(guān)參數(shù)參考[1