高强钢辊弯成形生产样板机机械体系动力学概述

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1、高强钢辊弯成形生产样板机机械体系动力学概述引言课题研究背景及意义变截面棍弯成形产品在国民经济的各个领域中有着广泛的应用前景。在建筑领域，各种新式建筑不断出现，造型各异，在建造过程中需要各种异形构件。例如机场、体育馆屋顶构件的成形都可以使用变截面辑弯成形工艺进行制造。研究发现，汽车的重量不仅与汽车的二氧化碳排放量成正比，而且与燃油消耗率成正比⑴。开发轻量化车体、安全性能高的汽车，同时降低生产成本是目前汽车工业发展的趋势要求。在不减弱使用性能的前提下，根据各部位载荷分布情况设计零部件的截面形状,去除多余的材料，即使用变截面部件是减

2、轻汽车重量的一种有效途径。而变截面棍弯成形的工艺特点使其特别适合加工一些特征相对较少，不太复杂的变截面部件，特别是一些大的承载构件，例如汽车底部大梁等。在汽车车身的设计时，也可根据变截面辑弯成形的工艺特点进行零部件的设计。一条变截面辑弯成形生产线的成本在千万元左右，相对传统的冲压成形工艺，可以极大的降低生产成本。另外，在变截面辑弯成形生产线中，可以将开卷机、矫平机、激光切割机、冲孔机、变截面辑弯成形机、表面处理装备、在线剪断装备、码操等装备整合到一起，加之变截面棍弯成形的原料为卷带，通过送料机构可以实现连续进料，可极大的提高生

3、产效率。传统的辅弯成形至今已有100多年的历史，仅仅在国内就有数百条定截面棍弯成形生产线，能加工各种复杂的定截面零件，已经是一门成熟的板材成形工艺。但至今仍未形成一套成熟的理论对生产实践进行指导。大多数的经验是由辑弯成形的操、调试人员和设计者掌握。对于变截面親弯成形来说，从该方案的提出至今也有十多年的时间，由于成形机理的复杂性，迄今为止该成形工艺也仅仅是停留在实验室阶段，离成熟应用还有很长的路要走。国内外研究现状高强钢三维辑弯成形生产线样机是一种多轴联动的特种机床，其主要是通过伺服电机驱动滚珠丝杠，带动相应的运动机构实现成形机

4、架的平移和旋转。即轧棍的运动是通过进给系统的运动实现的，进给系统的动力学性能直接影响了样机的加工精度、加工速度和效率。针对机床进给系统的动力学建模与分析，国内外的众多学者都做了相关的研究工作。张会瑞[3]对机床进给系统的动力学特性进行了深入的研究。利用拉格朗日方程建立了机床进给系统的动力学方程并对方程进行了求解。胡旭晓[4]提出二级进给策略提高系统的综合刚度和采用导轨软带改善摩擦因素与速度的关系，并通过实验加以证实。姚丽、蒋瑕、黄必栋[5]对数控机场的进给传动系统进行了数学建模，并利用Simulink软件构建了机床进给系统的仿

5、真模型，获得了反映系统性能的仿真曲线。通过分析非线性摩擦因素对系统精度的影响，给出了提高传动系统性能的措施。郭桂梅、梁艳书[6]讨论了机床导轨爬行现象的产生机理。Yoshizaua等在研究导轨的爬行机理时从能量的变化入手，认为爬行产生的原因是由于在两固相和液相之间的边界层发生周期性的相互转化[7]。Dupont用一个自由度模型对滚珠丝杠的振动是在特定的条件下产生的这一现象进行了详细的解释，并指出在没有反驱动的滚珠丝杠系统中，稳定性条件是由螺母和丝杠质量关系、摩擦系数和丝杠的螺旋角决定的。1变截面棍弯成形工艺特点分析1.1成形道

6、次数及成形角度的设计变截面親弯成形工艺上的复杂性与特殊性决定了其有别于传统定截面棍弯成形的道次数目与成形角度的设计。成形道次数的确定由于变截面棍弯成形的各个道次都是相对独立的单元，由伺服电机分别控制机架的运动。各个道次需要协同运动使各个道次的乳棍运动轨迹重合。道次数过多会造成控制难度的增大，也使各个道次的重合精度下降，造成加工零件的精度不够。并且道次数过多也会使成本过大，安装时调试难度增大。在保证加工零件合格的情况下，应适当降低变截面成形道次的数目。试验证明，对于高强钢材料，6道次（包括压辑）己经能较好地将板带折弯90度，如图

7、1-1所示。成形角度的分配在进行每个道次成形角度的分配时，首先应保证卷带能顺利进入第一道次。在中间几个道次成形角度的分配时，成形角度应当保证卷带在折弯处能够进入塑性变形区，最后一个道次的乳辑对零件应起到一定的矫形作用。因此在分配每个道次的成形角度时，第一道次的成形角度变化可适当小一些，中间道次的成形角度变化可适当大一些，最后一个道次的成形角度变化可适当变缓。以汽车B柱加强板为例，卷带最终成形角为80°，由于卷带的材料为高强钢，材料的回弹量大，假定其回弹角为8°，则六道次的成形角度分别为：0°、5°

8、;、25°、45°、65°、88°。回弹角的具体数值，可通过将来的反复试验得到。2.2系统运动分析2.2.1单齿轮双齿条结构运动特性分析实现高强钢三维棍弯成形生产线样机平移运动与旋转运动的核心机构为单齿轮双齿条机构。其具体结构特点如图2-3所示