高精度折弯机的关键技术研究摘 要 折弯机是广泛使用的板料加工设备,其机身的强度和刚度直接影响工件的加工质量和加工精度。针对折弯机的结构设计,传统的方法通常采用应力校核,或按照材料力学、结构力学理论,采用大量简化基础上的计算方法。由于对研究对象的受力情况分析得不够透彻,不能得到准确的计算结果,更不能根据应力分布情况来确定其结构,从而造成了不必要的浪费,通常只能得到一个可行却并非最优的设计方案。本文介绍了数控折弯机的发展趋势，折弯机机身结构分析的发展现状及分析设计的一般方法，本文以PBB-110/3100型数控折弯机为研究对象，使用大型通用化有限元分析软件ANSYS对折弯机进行有限元静态特性分析，并根据分析结果进行机身的优化设计。首先，对折弯机的主要部件进行了结构的静态特性分析，建立各部件的有限元模型，利用 ANSYS 计算出它们的强度，刚度和位移，并依据结构受力特点提出结构修改方案。通过分析的结果对机身提出优化方案，对优化方案进行有限元分析。并把分析结果与优化前的机身静态特性做比较。对比优化后与优化前机床性能是否提高，是否改善了机床的性能，解决了机床的不足之处。关键词：折弯机 有限元 优化设计ABSTRACT The plate bender is a kind of equipment which broadly used to sheet metal forming, its strength and stiffness of body of plate bender greatly influences quality and accuracy of work pieces. The traditional design method usually adopts stress check, or the calculate method based on the material mechanics and structural mechanics. As a result, the analysis of force is not thorough, and the solution is not exact. Furthermore, the structure of the flank could not be determined by the stress distribution, and it caused unnecessary waste. Usually a feasible design program can be gained, but not the best one. The development trend of CNC bender, the present situation and the general design method of the forging machine are introduced in this paper, Taking CNC bender as the object of this study, the static characteristics of CNC bender are analyzed in ANSYS, which is a kind of general finite element analysis software. Frame structure has been optimized based on the analysis results.First, the static characteristic of the main part of CNC bender is analyzed. The finite element model of these part are established, the stress, the strain and the displacement of every part is computed by ANSYS. Plan of redesigning of the structure is proposed based on the analysis.Through analysis of the results of the optimization program fuselage made of optimized solutions for finite element analysis. And static characteristics of the fuselage before the results of the analysis and optimization of comparison. After comparing before optimizing machine performance optimization and whether to raise, is to improve the machines performance to solve the shortcomings of the machine.Key words: Bending machine FEA optimized design 目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪论11.1研究背景和课题来源11.3 锻压机械结构分析发展概况31.4 大型有限元分析软件 ANSYS 简介71.5 本课题研究的目的和意义81.6 本课题研究的主要内容9第二章 数控折弯机的静态特性分析102.1 折弯机简介102.2 建模方法的选择102.3 折弯机的受力分析112.4 折弯机机身的静态特性分析122.4.1 机身实体模型简化122.4.2 材料特性的施加132.4.3 在ANSYS下对Solidworks模型进行处理132.4.4 机身有限元模型网格的选取与划分162.4.5 整机的载荷及约束条件172.4.6 计算结果分析172.4.7 分析结果总结272.5 本章小结28第三章 实验测试293.1 测试的方法与意义293.2 测试原理及结果计算313.3 测试目的及内容323.4 测试位置确定333.5 测试结果与软件模拟结果对比353.6 本章小结37第四章 机身的优化设计384.1 工作台的优化384.2 对左右立板喉口处的优化404.3 滑块的优化404.4 综合各部分的优化对整机进行改进模拟434.5 本章小结45第五章 总结与展望465.1 总结465.2 展望46参考文献47致 谢5049第一章 绪论1.1研究背景和课题来源自 2001 年中国加入世界贸易组织以来，我国经济发展迅速进入快车道阶段，其中制造业的发展更为迅速。世界著名的制造业跨国企业集团纷纷落户中国，不断将中国发展成为自己的研发和制造基地，提高自身产品的综合竞争实力，以角逐全球市场，致使中国的传统制造业面临前所未有的生存挑战和发展机遇。作为制造业基础行业的金属板材、管材、型材及线材切割、冲压、成形、制作零部件制造企业及其设备、模具、材料和相关技术行业企业，同样面临着类似的局面：国内外市场的不断扩大，国内企业面临结构调整和技术更新，国外先进同行企业在华投资建厂的竞争压力。在这种形势下，国内的金属板材、管材、型材和线材切割、冲压、成形、制作技术和设备行业企业急需了解国内外市场的需求、发展方向以及目前的技术和设备水平，确定自己的市场位置，提高自身产品的核心竞争力。此外，我国是制造大国，在制造业方面，要强调创新，强调研究开发具有自主知识产权的技术和产品，为我国数控产业、装备制造业乃至整个制造业的可持续发展奠定基础1。 锻压机械是指在锻压加工中用于成形和分离的机械设备。锻压机械包括成形用的锻锤、机械压力机、液压机、螺旋压力机和平锻机，以及开卷机、矫正机、剪切机、锻造操作机等辅助机械。锻压设备广泛应用于汽车、航空、电子、家电等工业领域。数控折弯机是锻压机械中的一种，利用数控技术对板料进行加工。采用较简单的通用模具，可把金属板料压制成一定的几何形状，配备相应的工艺设备，还可以用作冲槽、浅拉伸、冲孔、压波纹等。随着工业技术的飞速发展，在电器、电子、容器、金属结构、仪器仪表、日用五金、建筑材料等工业部门得到了广泛的应用23。 随着中国加入 WTO，中国的机床制造企业的形势将变得更加严峻，并面临更为强大的竞争对手，为此，中国的锻压机械制造企业必须改变原有的传统设计方法，以先进的设计制造手段作为技术支撑，来提高我国锻压机械的设计与制造水平，在新的市场环境中积极参与竞争4。随着 CAD/CAM/CAE 技术的日益普及和应用，有限元方法等现代结构分析方法已为工程技术设计人员广为认识和发展，在机床设计中得到广泛的应用，并取得了显著的技术经济效益5。 1.2数控折弯机国内外发展概况数控折弯机在国外应用相当广泛。例如 Amada 公司自 60 年代中期引进法国 Promecam 公司下动式折弯机生产技术以来，一直致力于下拉折弯机的生产和改进。80 年代中期开发了 Fine&Bender 系列紧密下动式折弯机。它采用平行加压技术，在不同载荷和不同折弯长度时能使上横梁和下滑块产生同样的均匀变形，并采用两组或三组滚轮导向，提高了抗偏载能力6。 LVD 公司是国外规模最大的折弯机制造厂商之一。其开发的 MMC8500和 MNC9000 的数控系统采用 CAD/CAM 技术，开发了一套三维软件，在折弯加工过程中完全实现了自动化。将折弯工件参数输入系统，系统便能自动计算出折弯工序所需的所有数据，确定控制程序，操纵计算机系统实施折弯加工7。 Hammerle 公司在 70 年代中期开发了结构独立的三点式折弯机，在折弯工艺上和结构上都有不少创新和突破。如今，该公司生产的折弯机除了仍然具有三点式折弯模具、滑块液压垫等特点之外，两个油缸各自采用比例阀和光栅尺构成闭环控制系统，实现对滑块位置、速度和压力的精确控制，同步精度为0.005mm8。 FASTI 公司开发了 904125/30 型折弯机。两个油缸各自的比例阀和光栅尺构成闭环控制系统，实现对滑块位置、同步、速度和压力的精确控制。两个油缸活塞位置可以倾斜 10mm，用来补偿板厚偏差和进行锥形件折弯9。 小松产株式会社的 PHS 折弯机采用伸长抵消机构，依靠独自的构造抵消负荷及油温变化引起的机架开口变型量，使深度位置保持一致；配有角度控制器，可以简单的调整全长角度，配有 3D CAD/CAM 系统，自动计算折弯工序并可在屏幕上同时显示 8 道工序的折弯形状。另外该公司开发的 pas 系列折弯机，由 AC 伺服电机直接驱动，并装备了折弯角度检测传感器，可以实现高精度的折弯加工10。 村田公司开发的 HPB8525A 型折弯机采用传统的扭矩控制实现滑块同步，涡轮蜗杆装在油缸的下盖中，转动螺母套，使螺母套上下移动控制活塞的下死点位置。上模的微调装置不同于一般的斜模式，而是每组有两个偏心轴，用旋钮转动进行调节。此外，国外还有机器人和折弯机组成的柔性折弯机系统，用于实现柔性折弯。如日本天田公司 5500KFDB 型精密折弯机和意大利普力玛公司设计的由机器人组成的“折弯机机器人”系统11。近20年来，国内数控折弯机技术发展迅速。从 1986 年 10 月第一