數控轉塔沖床機身振動試驗研究與動態(tài)特性分析

陳 敢，楊春露，凌萬斌，孫朗鑫，王雅茹

（揚州市職業(yè)大學，江蘇 揚州 225100）

0 引言

目前沖床結構設計已較為完善，但如何降低沖床在工作過程中產生的振動成為主要問題。東南大學鄒瑤[1]首先對沖床機身結構進行試驗分析，然后再利用HyperWorks 對機身結構進行優(yōu)化設計，最終達到了減小振動的目的；陳翰翔[2]運用理論、試驗和仿真等研究方法對沖床結合面動態(tài)特性進行研究，且考慮了橫梁結合面的影響，為橫梁的減振優(yōu)化提供了依據，提高了沖床動態(tài)特性；何暉通過電測試驗對沖床傳動裝置進行測試，得到了沖床在工作過程中的動態(tài)特性，并通過拓撲優(yōu)化設計，提高了沖床動力學性能[3]。

1 機身振動試驗

1.1 確定試驗方案

為了了解沖床機身的振動情況，在機身上均勻布置了若干個加速度測點，分別測出沖床在鉚壓和沖裁兩種工況下各測點加速度大小，機身的加速度測點如圖1 所示。

X 方向的加速度測點有7.1、7.2、7.3、7.4、10.1、10.2、10.3，測點7.1～7.4 在側板左端面上，測點10.1～10.3 在側板右端面上；Y 方向的加速度測點有8.1、8.2、8.3、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6，其測點8.1～8.3在連接板下方，測點9.1～9.6 在頂端隔板上；其余測點為Z 方向的加速度，各測點位置如圖1 所示。

1.2 結果分析

1.2.1 對于X 方向加速度，測點10.2 的加速度最大，發(fā)生于右端面中間處，最大值為4.18 g。

1.2.2 對于Y 方向加速度，靠近沖頭區(qū)域的測點加速度大于遠離沖頭區(qū)域測點加速度；主板附近的連接板上測點8.1 處加速度最大，最大值為5.4 g；頂端隔板上測點9.4 處加速度最大，最大值為8.21 g。

1.2.3 對于Z 方向加速度，測點4.1、4.2、4.3 的加速度大，整個側板上靠近沖頭處的加速度值要比遠離沖頭的大。

1.2.4 由結果可知，遠離沖頭區(qū)域的加速度值比靠近沖頭區(qū)域的加速度值要小，說明沖裁時靠近沖頭區(qū)域的振動比較大。

1.2.5 沖床在鉚壓工況下各測點的振動加速度遠遠小于沖裁工況下的加速度，說明沖床在沖裁工況下振動較大。

2 瞬態(tài)動力學分析

在Workbench 中設置零件間接觸關系為綁定，定義網格尺寸為50 mm，在6 個支撐面與地面之間約束設置為固定約束[4]。

對高速數控轉塔沖床的兩種典型工況進行瞬態(tài)動力學分析，其具體工況分別為鉚壓和沖裁。基于電測應變技術[5]得到兩種工況載荷—時間曲線如圖2和圖3 所示。

為了便于比較沖床在不同工況下的振動情況，取一個沖裁周期0.23 s。鉚壓時，沖頭接觸工件的時間為12 ms，載荷步分為兩步，第一步為12 ms，第二步為218 ms；沖裁時，沖頭接觸工件的時間為15 ms，載荷步也分為兩步，第一步為15 ms，第二步為215 ms。具體工況如圖4、5 所示，圖4 為鉚壓工況下Y 方向加速度時間響應圖，圖5 為沖裁工況下Y 方向加速度時間響應圖。

由圖4 可知，沖床在鉚壓時Y 方向最大加速度為4.81 g，發(fā)生在載荷達到最大值之前；由圖5 可知沖床在沖裁時Y 方向最大加速度為12.7g，發(fā)生在載荷突變后鋼板被沖斷瞬間，可以看出此時的振動十分劇烈，加速度值瞬間遞增。比較沖床在鉚壓和沖裁兩種工況下的最大振動加速度可得，沖床在沖裁時加速度大。