高速冲压工况下多连杆超精密压力机动态精度影响机理与误差补偿研究

This application is to reveal the influence mechanism of the lower dead point dynamic accuracy for multi-link ultra-precision presses under high speed stamping, and explore the compensation scheme of dynamic error for each size chain component of machine, which can improve the dynamic accuracy and stability of presses. First, considering the effect of the revolute joint clearance and flexibility of crankshaft and linkage, the dynamic model of the flexible multi-link mechanism with clearance is established and modified through experiments. The modified model is to study the influence of the revolute joint clearance and flexibility of mechanism components on the dynamic working accuracy of multi-link mechanism and reveal the transfer law of the original error for the transmission chain of mechanism. On this basis, combining the interaction load spectrum between crankshaft and press frame, the thermal-mechanical coupling finite element model of press system is developed and modified according to experimental results, and the influence of the temperature field on the dynamic accuracy of press is revealed. Then, the size chain of dynamic error for multi-link high speed ultra-precision presses is established and the compensation scheme of dynamic error caused by the temperature change of press frame and the revolute joint clearance of mechanism is explored, which provides the theoretical basis for design of multi-link high speed ultra-precision presses.

本申请旨在揭示高速冲压工况下多连杆超精密压力机下死点动态精度的影响机理，探究整机尺寸链各组成环的动态误差补偿方案，提高压力机的动态冲压精度及稳定性。首先，考虑运动副间隙、曲轴与连杆构件柔性等因素，建立含间隙柔性多连杆驱动机构动力学模型，通过实验对模型进行修正，运用修正模型研究构件的柔性、运动副间隙误差对多连杆机构动态工作精度的影响机制，揭示机构传动链原始误差的传递规律。在此基础上，运用曲轴与机身之间相互作用的载荷谱，建立多连杆高速超精密压力机系统的热-力耦合有限元模型，通过实验对模型进行修正，阐明压力机的温度场对动态精度的影响规律。同时，建立多连杆高速超精密压力机的动态误差尺寸链，探究由机身热变形与机构运动副间隙引起的动态误差补偿方案，为多连杆高速超精密压力机的设计提供理论依据。

压力机冲压速度的不断提高，将造成机构运动副的碰撞频率加剧，导致压力机工作精度的大大降低。同时，轴承及其相应部件因摩擦产生的发热量急剧增加，影响冲压工艺中模具与板材的相对位置的准确性，导致压力机产生热漂移和工件产生尺寸误差和几何误差。为提高压力机的动态冲压精度及稳定性，本项目深入研究了高速冲压工况下多连杆超精密压力机下死点动态精度的影响机制，探究了由机身热变形与机构运动副间隙引起的动态误差补偿方案。研究结果表明：.（1）利用ADAMS软件建立了具有间隙和润滑的柔性多连杆机构的改进动力学模型。与干间隙柔性多连杆机构的动态响应相比，含间隙与润滑柔性多连杆机构的结果更接近实验数据，验证了该模型的有效性。运动副中心轨迹只有两种模式：自由运动和穿透冲击，永久接触模式可以忽略，这可能是由于曲轴和连杆的球形接头间隙和柔性以及润滑引起机构的强非线性所致。.（2）考虑了轴承刚度和曲轴柔性对发热量的影响，提出了多连杆超精密压力机系统的改进热模型。与传统的热模型相比，基于所提出的改进热模型获得的温度场和热变形结果更接近测量数据，验证了模型的正确性。上横梁和曲轴的位移对压力系统的热尺寸误差有影响，且曲轴-轴承系统存在最大位移。热误差曲线由两部分组成：在开始后的第一个小时，滑块和工作台之间的下死点位置的热尺寸误差以相对较快的速度上升；在随后的一段时间内，滑块和工作台之间下死点位置的热尺寸误差以相对较慢的速度逐渐降低。.（3）分别设计了一种工作台面高度调节装置和一种液压润滑系统用于补偿压力机运转过程中因间隙磨损、碰撞和热变形产生的下死点误差，能够有效提高多连杆高速超精密压力机的冲压精度。.项目研究结果中相关结论及数据能够对提高压力机的设计水平、改善机床的加工精度、促进我国机床装备的跨越式发展、打破国外的技术垄断，具有极其重要的意义。