高精密折彎機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)研究

1、 高精度折彎機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)研究摘 要 折彎機(jī)是廣泛使用的板料加工設(shè)備,其機(jī)身的強(qiáng)度和剛度直接影響工件的加工質(zhì)量和加工精度。針對折彎機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),傳統(tǒng)的方法通常采用應(yīng)力校核,或按照材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)理論,采用大量簡化基礎(chǔ)上的計(jì)算方法。由于對研究對象的受力情況分析得不夠透徹,不能得到準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果,更不能根據(jù)應(yīng)力分布情況來確定其結(jié)構(gòu),從而造成了不必要的浪費(fèi),通常只能得到一個(gè)可行卻并非最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。本文介紹了數(shù)控折彎機(jī)的發(fā)展趨勢，折彎機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)分析的發(fā)展現(xiàn)狀及分析設(shè)計(jì)的一般方法，本文以pbb-110/3100型數(shù)控折彎機(jī)為研究對象，使用大型通用化有限元分析軟件ansys對折彎機(jī)進(jìn)行有限元靜態(tài)特性分析

2、，并根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行機(jī)身的優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先，對折彎機(jī)的主要部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的靜態(tài)特性分析，建立各部件的有限元模型，利用 ansys 計(jì)算出它們的強(qiáng)度，剛度和位移，并依據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)提出結(jié)構(gòu)修改方案。通過分析的結(jié)果對機(jī)身提出優(yōu)化方案，對優(yōu)化方案進(jìn)行有限元分析。并把分析結(jié)果與優(yōu)化前的機(jī)身靜態(tài)特性做比較。對比優(yōu)化后與優(yōu)化前機(jī)床性能是否提高，是否改善了機(jī)床的性能，解決了機(jī)床的不足之處。關(guān)鍵詞：折彎機(jī) 有限元 優(yōu)化設(shè)計(jì)abstract the plate bender is a kind of equipment which broadly used to sheet metal forming, its

3、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

4、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 de

5、sign 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 result

6、s.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 analys

7、is 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

8、 to raise, is to improve the machines performance to solve the shortcomings of the machine.key words: bending machine fea optimized design 目 錄摘 要iabstractii第一章 緒論11.1研究背景和課題來源11.3 鍛壓機(jī)械結(jié)構(gòu)分析發(fā)展概況31.4 大型有限元分析軟件 ansys 簡介71.5 本課題研究的目的和意義81.6 本課題研究的主要內(nèi)容9第二章 數(shù)控折彎機(jī)的靜態(tài)特性分析102.1 折彎機(jī)簡介102.2 建模方法的選擇102.3 折彎機(jī)的受力分

9、析112.4 折彎機(jī)機(jī)身的靜態(tài)特性分析122.4.1 機(jī)身實(shí)體模型簡化122.4.2 材料特性的施加132.4.3 在ansys下對solidworks模型進(jìn)行處理132.4.4 機(jī)身有限元模型網(wǎng)格的選取與劃分162.4.5 整機(jī)的載荷及約束條件172.4.6 計(jì)算結(jié)果分析172.4.7 分析結(jié)果總結(jié)272.5 本章小結(jié)28第三章 實(shí)驗(yàn)測試293.1 測試的方法與意義293.2 測試原理及結(jié)果計(jì)算313.3 測試目的及內(nèi)容323.4 測試位置確定333.5 測試結(jié)果與軟件模擬結(jié)果對比353.6 本章小結(jié)37第四章 機(jī)身的優(yōu)化設(shè)計(jì)384.1 工作臺的優(yōu)化384.2 對左右立板喉口處的優(yōu)化404.

10、3 滑塊的優(yōu)化404.4 綜合各部分的優(yōu)化對整機(jī)進(jìn)行改進(jìn)模擬434.5 本章小結(jié)45第五章 總結(jié)與展望465.1 總結(jié)465.2 展望46參考文獻(xiàn)47致 謝5050第一章 緒論1.1研究背景和課題來源自 2001 年中國加入世界貿(mào)易組織以來，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速進(jìn)入快車道階段，其中制造業(yè)的發(fā)展更為迅速。世界著名的制造業(yè)跨國企業(yè)集團(tuán)紛紛落戶中國，不斷將中國發(fā)展成為自己的研發(fā)和制造基地，提高自身產(chǎn)品的綜合競爭實(shí)力，以角逐全球市場，致使中國的傳統(tǒng)制造業(yè)面臨前所未有的生存挑戰(zhàn)和發(fā)展機(jī)遇。作為制造業(yè)基礎(chǔ)行業(yè)的金屬板材、管材、型材及線材切割、沖壓、成形、制作零部件制造企業(yè)及其設(shè)備、模具、材料和相關(guān)技術(shù)行業(yè)企業(yè)

11、，同樣面臨著類似的局面：國內(nèi)外市場的不斷擴(kuò)大，國內(nèi)企業(yè)面臨結(jié)構(gòu)調(diào)整和技術(shù)更新，國外先進(jìn)同行企業(yè)在華投資建廠的競爭壓力。在這種形勢下，國內(nèi)的金屬板材、管材、型材和線材切割、沖壓、成形、制作技術(shù)和設(shè)備行業(yè)企業(yè)急需了解國內(nèi)外市場的需求、發(fā)展方向以及目前的技術(shù)和設(shè)備水平，確定自己的市場位置，提高自身產(chǎn)品的核心競爭力。此外，我國是制造大國，在制造業(yè)方面，要強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新，強(qiáng)調(diào)研究開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品，為我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)、裝備制造業(yè)乃至整個(gè)制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)1。 鍛壓機(jī)械是指在鍛壓加工中用于成形和分離的機(jī)械設(shè)備。鍛壓機(jī)械包括成形用的鍛錘、機(jī)械壓力機(jī)、液壓機(jī)、螺旋壓力機(jī)和平鍛機(jī)，以及開卷機(jī)、矯正機(jī)

12、、剪切機(jī)、鍛造操作機(jī)等輔助機(jī)械。鍛壓設(shè)備廣泛應(yīng)用于汽車、航空、電子、家電等工業(yè)領(lǐng)域。數(shù)控折彎機(jī)是鍛壓機(jī)械中的一種，利用數(shù)控技術(shù)對板料進(jìn)行加工。采用較簡單的通用模具，可把金屬板料壓制成一定的幾何形狀，配備相應(yīng)的工藝設(shè)備，還可以用作沖槽、淺拉伸、沖孔、壓波紋等。隨著工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，在電器、電子、容器、金屬結(jié)構(gòu)、儀器儀表、日用五金、建筑材料等工業(yè)部門得到了廣泛的應(yīng)用23。 隨著中國加入 wto，中國的機(jī)床制造企業(yè)的形勢將變得更加嚴(yán)峻，并面臨更為強(qiáng)大的競爭對手，為此，中國的鍛壓機(jī)械制造企業(yè)必須改變原有的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，以先進(jìn)的設(shè)計(jì)制造手段作為技術(shù)支撐，來提高我國鍛壓機(jī)械的設(shè)計(jì)與制造水平，在新的市場環(huán)

13、境中積極參與競爭4。隨著 cad/cam/cae 技術(shù)的日益普及和應(yīng)用，有限元方法等現(xiàn)代結(jié)構(gòu)分析方法已為工程技術(shù)設(shè)計(jì)人員廣為認(rèn)識和發(fā)展，在機(jī)床設(shè)計(jì)中得到廣泛的應(yīng)用，并取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益5。 1.2數(shù)控折彎機(jī)國內(nèi)外發(fā)展概況數(shù)控折彎機(jī)在國外應(yīng)用相當(dāng)廣泛。例如 amada 公司自 60 年代中期引進(jìn)法國 promecam 公司下動式折彎機(jī)生產(chǎn)技術(shù)以來，一直致力于下拉折彎機(jī)的生產(chǎn)和改進(jìn)。80 年代中期開發(fā)了 fine&bender 系列緊密下動式折彎機(jī)。它采用平行加壓技術(shù)，在不同載荷和不同折彎長度時(shí)能使上橫梁和下滑塊產(chǎn)生同樣的均勻變形，并采用兩組或三組滾輪導(dǎo)向，提高了抗偏載能力6。 lvd 公司

14、是國外規(guī)模最大的折彎機(jī)制造廠商之一。其開發(fā)的 mmc8500和 mnc9000 的數(shù)控系統(tǒng)采用 cad/cam 技術(shù)，開發(fā)了一套三維軟件，在折彎加工過程中完全實(shí)現(xiàn)了自動化。將折彎工件參數(shù)輸入系統(tǒng)，系統(tǒng)便能自動計(jì)算出折彎工序所需的所有數(shù)據(jù)，確定控制程序，操縱計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)施折彎加工7。 hammerle 公司在 70 年代中期開發(fā)了結(jié)構(gòu)獨(dú)立的三點(diǎn)式折彎機(jī)，在折彎工藝上和結(jié)構(gòu)上都有不少創(chuàng)新和突破。如今，該公司生產(chǎn)的折彎機(jī)除了仍然具有三點(diǎn)式折彎模具、滑塊液壓墊等特點(diǎn)之外，兩個(gè)油缸各自采用比例閥和光柵尺構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對滑塊位置、速度和壓力的精確控制，同步精度為0.005mm8。 fasti 公司

15、開發(fā)了 904125/30 型折彎機(jī)。兩個(gè)油缸各自的比例閥和光柵尺構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對滑塊位置、同步、速度和壓力的精確控制。兩個(gè)油缸活塞位置可以傾斜 10mm，用來補(bǔ)償板厚偏差和進(jìn)行錐形件折彎9。 小松產(chǎn)株式會社的 phs 折彎機(jī)采用伸長抵消機(jī)構(gòu)，依靠獨(dú)自的構(gòu)造抵消負(fù)荷及油溫變化引起的機(jī)架開口變型量，使深度位置保持一致；配有角度控制器，可以簡單的調(diào)整全長角度，配有 3d cad/cam 系統(tǒng)，自動計(jì)算折彎工序并可在屏幕上同時(shí)顯示 8 道工序的折彎形狀。另外該公司開發(fā)的 pas 系列折彎機(jī)，由 ac 伺服電機(jī)直接驅(qū)動，并裝備了折彎角度檢測傳感器，可以實(shí)現(xiàn)高精度的折彎加工10。 村田公司開發(fā)的

16、 hpb8525a 型折彎機(jī)采用傳統(tǒng)的扭矩控制實(shí)現(xiàn)滑塊同步，渦輪蝸桿裝在油缸的下蓋中，轉(zhuǎn)動螺母套，使螺母套上下移動控制活塞的下死點(diǎn)位置。上模的微調(diào)裝置不同于一般的斜模式，而是每組有兩個(gè)偏心軸，用旋鈕轉(zhuǎn)動進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外，國外還有機(jī)器人和折彎機(jī)組成的柔性折彎機(jī)系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)柔性折彎。如日本天田公司 5500kfdb 型精密折彎機(jī)和意大利普力瑪公司設(shè)計(jì)的由機(jī)器人組成的“折彎機(jī)機(jī)器人”系統(tǒng)11。近20年來，國內(nèi)數(shù)控折彎機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速。從 1986 年 10 月第一臺 w67y160k/3200 數(shù)控折彎機(jī)由天水鍛壓機(jī)廠研制成功以來，國內(nèi)出現(xiàn)了一批從事數(shù)控折彎機(jī)技術(shù)研究開發(fā)的單位，其中較為有代表性的有江

17、蘇揚(yáng)力集團(tuán)富力數(shù)控機(jī)床有限公司、濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所、江蘇金方圓數(shù)控機(jī)床有限公司、黃石鍛壓機(jī)床有限公司和上海沖剪機(jī)床廠等。黃石鍛壓機(jī)床股份有限公司和濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所聯(lián)合先后完成了 w67k-100/3000、w67k-100/3100、w67k-100/3200 型數(shù)控三點(diǎn)板料折彎機(jī)。上海沖剪機(jī)床廠從 1986 年以來先后成功開發(fā)了具有國際水平的 qc12k 與 wc67k 兩大系列數(shù)控折彎機(jī)和具有先進(jìn)水平的高精度數(shù)控三點(diǎn)式折彎機(jī)12。應(yīng)當(dāng)指出，雖然國內(nèi)產(chǎn)品與國外同類產(chǎn)品的技術(shù)水平大體相當(dāng)，但在性能和質(zhì)量上還存在一定的差距，代表當(dāng)今頂尖水平的仍是國外著名公司開發(fā)的產(chǎn)品。1.3 鍛壓機(jī)械

18、結(jié)構(gòu)分析發(fā)展概況機(jī)身在鍛壓設(shè)備中起重要作用，早期人們對機(jī)身的研究是采用材料力學(xué)的方法，計(jì)算出設(shè)備在公稱壓力下危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力和機(jī)身的最大變形，再引入許用應(yīng)力和許用變形，使其應(yīng)力和變形低于設(shè)備許用應(yīng)力和許用變形即可。由于這種方法不需要先進(jìn)的設(shè)備，所以國內(nèi)外絕大部分的壓力機(jī)生產(chǎn)企業(yè)都使用這種方法。但是材料力學(xué)研究的對象主要是橫截面積尺寸遠(yuǎn)小于軸線長度的桿件，往往采用了一些關(guān)于變形的近似假設(shè)，如平面假設(shè)等，近似地求得所研究桿件在外力作用下的應(yīng)力及變形，最后再加入許多人為的經(jīng)驗(yàn)才能滿足工程要求。將機(jī)身簡化成材料力學(xué)中的桿件或桿件組合，其計(jì)算結(jié)果是非常粗糙的，很難說明問題。設(shè)計(jì)者為了保險(xiǎn)，往往加大安全系數(shù)，

19、結(jié)果使得設(shè)備非常笨重，既增加了成本，又浪費(fèi)了原材料。在此基礎(chǔ)上的優(yōu)化，也不過是局部和近似的優(yōu)化而已。并且在工程中更常見的不是桿件，而是形狀非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，就很難用材料力學(xué)的方法來研究。機(jī)器中有很多零件的截面尺寸經(jīng)常變化，如軸肩、切槽和油孔等。在這些截面上，實(shí)際應(yīng)力與材料力學(xué)公式計(jì)算的結(jié)果相差很大。彈性力學(xué)研究的是理想彈性體在外力作用下的變形與應(yīng)力。它所研究的變形從幾何形狀來說比較廣泛，并不局限于桿，由于經(jīng)典彈性力學(xué)要求的條件比較嚴(yán)格，以至于許多實(shí)際問題用經(jīng)典彈性力學(xué)很難求解。而有限元法是對彈性力學(xué)的補(bǔ)充，彌補(bǔ)了經(jīng)典彈性力學(xué)的不足，在機(jī)床結(jié)構(gòu)的動力學(xué)方面得到了廣泛的應(yīng)用。 有限元法實(shí)際上是古典變

20、分法的一種變體和發(fā)展，其基本思想離散化的觀點(diǎn)，早在二十世紀(jì)四十年代就已經(jīng)提出來了。到了五十年代初，英國的一個(gè)航空系教授阿吉里斯（argysis）和他的合作者打破了十年沉默的局面，使有限元成功地應(yīng)用于結(jié)構(gòu)分析問題。與此同時(shí)，美國教授克勞夫（r.w.clough）運(yùn)用三角形單元對飛機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，并在 1960 年首先提出了“有限元法”的概念。此后的十年是有限元法在國際上蓬勃發(fā)展的十年。六十年代中、后期，數(shù)學(xué)家開始介入對有限元法的研究，促使有限元法有了堅(jiān)強(qiáng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。我國著名計(jì)算數(shù)學(xué)家馮康早在 1956 年就發(fā)表了研究論文。1965 年英國教授辛克維茨（o.c.zienkiewicz）及其合作者提

21、出了有限元法可應(yīng)用于所有場的問題。有限元法首先應(yīng)用于航空工程，由于其方法的有效性，迅速被推廣應(yīng)用于造船、機(jī)械、動力、建筑和核子等工程部門。并從固體力學(xué)領(lǐng)域擴(kuò)展到流體力學(xué)、傳熱學(xué)、電磁學(xué)、聲學(xué)和振動學(xué)等領(lǐng)域，并伴隨高速數(shù)字電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展和有限元理論的研究得到迅速發(fā)展13。 鍛壓機(jī)械的靜態(tài)有限元分析主要是從上個(gè)世紀(jì)七十年代開始的，我國具有代表性的文章是文獻(xiàn)14,主要是根據(jù) j23-80 型壓力機(jī)機(jī)身左半部分的受力簡圖，利用平面問題的有限元程序計(jì)算出各單元節(jié)點(diǎn)的位移與應(yīng)力，并求出機(jī)身的線剛度和角剛度，與實(shí)測和材料力學(xué)的計(jì)算值進(jìn)行比較驗(yàn)證。隨后這方面的研究逐漸增多，領(lǐng)域不斷擴(kuò)大和深入。王留德是利用自

22、編的空間板系通用程序sps 對閉式 40 噸數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)機(jī)身進(jìn)行計(jì)算，并把計(jì)算結(jié)果與實(shí)測結(jié)果進(jìn)行了比較并找出存在誤差的原因15。李明典等用有限元法分析了錘桿在對中和偏心載荷作用下應(yīng)力沿錘桿的分布，探討了不同偏心、加速度和材質(zhì)對錘桿動應(yīng)力分布的影響，為錘桿的改進(jìn)設(shè)計(jì)提供有用的理論依據(jù)16。王俊領(lǐng)通過對軋機(jī)機(jī)架的有限元分析，找出了危險(xiǎn)點(diǎn)的位置，確定了極限安全系數(shù)17。王蘇安等針對某廠 25 噸曲柄連桿式飛剪機(jī)機(jī)架使用中存在的問題，采用 algor軟件對飛剪機(jī)機(jī)架進(jìn)行了有限元分析和強(qiáng)度研究，得出了飛剪機(jī)機(jī)架的應(yīng)力、應(yīng)變分布，找出了薄弱環(huán)節(jié)，并應(yīng)用電阻應(yīng)變儀在現(xiàn)場作了多點(diǎn)測試，其理論值和實(shí)際測試值

23、吻合較好。并對飛剪機(jī)架提出了改進(jìn)措施，對改進(jìn)后的機(jī)架又進(jìn)行了有限元分析。實(shí)踐證明通過改進(jìn)的曲柄連桿式飛剪機(jī)架其性能比以前更好18。李陪武等以 j53-1600 型雙盤摩擦壓力機(jī)為例，較為全面地分析了中心載荷、扭轉(zhuǎn)載荷和偏心載荷對機(jī)身強(qiáng)度和剛度的影響，提出了允許偏載域的概念及一些解決問題的方法與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則19。史寶軍、管延錦等對壓力機(jī)的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行了研究，并結(jié)合機(jī)身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分別采用了許多措施,使機(jī)身的結(jié)構(gòu)更加合理20,21。史寶軍等主要對 j21-160 型開式壓力機(jī)機(jī)身進(jìn)行有限元分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)選，取得了既減輕重量又提高強(qiáng)度、剛度的顯著效果22。這說明鍛壓機(jī)械的有限元分析已從原來的應(yīng)力和變形分

24、析走向結(jié)構(gòu)的靜態(tài)優(yōu)化。鍛壓機(jī)械的動態(tài)有限元分析主要是從八十年代開始的，主要集中在開式壓力機(jī)和螺旋壓力機(jī)，其中文獻(xiàn)23是較早的一篇，文章主要對 j23-80 型開式壓力機(jī)機(jī)身進(jìn)行有限元剖析，并用 wilson-法得出機(jī)身主截面的動應(yīng)力和機(jī)身動態(tài)角變形，均比靜態(tài)大 25%左右。到九十年代，隨著數(shù)值模擬技術(shù)的引入，鍛壓機(jī)械動態(tài)有限元應(yīng)用的廣度和深度不斷增加，接著李德軍等以 j53-1600 型雙盤摩擦壓力機(jī)為對象，建立機(jī)身有限元模型，并將理論模態(tài)分析結(jié)果與模態(tài)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，還模擬計(jì)算了冷擊、鍛擊情況下壓力機(jī)的振動響應(yīng)，為摩擦壓力機(jī)的動態(tài)設(shè)計(jì)提供一定的參考。對閉式壓力機(jī)機(jī)身研究的文章有文獻(xiàn)24，文

25、章利用 marc 軟件對閉式壓力機(jī)機(jī)身進(jìn)行了三維有限元分析，并將計(jì)算結(jié)果與實(shí)測值進(jìn)行比較，同時(shí)對機(jī)身進(jìn)行了優(yōu)化，提出了改進(jìn)方案。最后還用 lanczos方法計(jì)算了機(jī)身的前十階模態(tài)，分析了各階模態(tài)對設(shè)備的影響，又對機(jī)身進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化，使機(jī)身的動態(tài)特性得到進(jìn)一步的提高，為高速壓力機(jī)的動態(tài)設(shè)計(jì)提供了非常有用的資料。對于其它機(jī)床大件的研究，湯文成教授等根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)件的特點(diǎn)，提出了用于機(jī)床大件結(jié)構(gòu)拓?fù)渖傻姆椒?，并對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析后優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的自動設(shè)計(jì)，為結(jié)構(gòu)件的幾何尺寸優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化作了有益的嘗試25。谷祖強(qiáng)等應(yīng)用“結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈敏度分析”理論，把有限元分析和最優(yōu)化技術(shù)有機(jī)結(jié)合起

26、來，應(yīng)用于機(jī)床結(jié)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效地提高了設(shè)計(jì)效率26。毛海軍等將 bp 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論與有限元建模方法相結(jié)合，提出了采用 bp 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立機(jī)床整機(jī)主要部件的動力學(xué)模型，并應(yīng)用大型有限元分析軟件ansys 的 apdl 進(jìn)行 bp 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)樣本的快速采樣的方法。根據(jù)所提出的方法，建立了機(jī)床雙 w 筋板床身的筋板位置、厚度與床身前 5 階頻率之間的 bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并以床身第 1 階固有頻率最高為目標(biāo)進(jìn)行了設(shè)計(jì)變量的自動搜索尋優(yōu)計(jì)算且獲得了滿意的結(jié)果，表明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論與傳統(tǒng)的數(shù)值方法相結(jié)合應(yīng)用于實(shí)體結(jié)構(gòu)的動態(tài)分析計(jì)算具有重要的現(xiàn)實(shí)意義27。徐燕申等提出數(shù)控機(jī)床大件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)元結(jié)構(gòu)和基本框架的概

27、念，把由床身筋板圍成的柵格稱為筋格，床身的宏觀構(gòu)形為基本框架。筋格的動態(tài)特性直接影響機(jī)床床身的動態(tài)特性。分別以筋格各邊長、板厚和清砂孔徑為設(shè)計(jì)變量，以筋格的固有頻率為優(yōu)化目標(biāo)，進(jìn)行有限元動態(tài)設(shè)計(jì)，得到相應(yīng)的筋格的基頻隨設(shè)計(jì)變量變化的曲線圖，通過有限元分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)床身的高度與寬度接近時(shí)，床身的動態(tài)特性較好。用有限元分析法對簡化的床身結(jié)構(gòu)動態(tài)特性進(jìn)行研究，總結(jié)出對數(shù)控機(jī)床床身設(shè)計(jì)具有普遍指導(dǎo)意義的規(guī)律，可用于數(shù)控機(jī)床床身結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)28。 國外對于壓力機(jī)的機(jī)身也有所研究，德國的 m.neumann 和 h.hahn 建立了機(jī)械壓力機(jī)的三種不同復(fù)雜程度的工程模型，并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證模型的參數(shù)，從而對

28、壓力機(jī)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真和動態(tài)設(shè)計(jì)29。丹麥的 m.arentoft，m.eriksen和 t.wanheheim 設(shè)計(jì)了一種壓力機(jī)實(shí)驗(yàn)來確定了壓力機(jī)的六個(gè)剛度，從而為壓力機(jī)的設(shè)計(jì)提供了有益的幫助30。 綜上所述，在機(jī)床床身的研究的上，已從靜態(tài)向動態(tài)上發(fā)展，而且應(yīng)用了各種各樣的技術(shù)。隨著控制技術(shù)的提高，鍛壓機(jī)械向著高速度、高精度、高效率和輕量化的方向發(fā)展，機(jī)身設(shè)計(jì)從材料力學(xué)的機(jī)身危險(xiǎn)點(diǎn)應(yīng)力和機(jī)身最大變形的校核，到有限元的使用和數(shù)值模擬技術(shù)的引入對其進(jìn)行模態(tài)分析和動態(tài)響應(yīng)分析，使機(jī)身的設(shè)計(jì)水平有很大的提高，但還存在以下幾個(gè)問題：1. 建立的計(jì)算模型和實(shí)際結(jié)構(gòu)差距較大。2. 對機(jī)身靜態(tài)的特性研究得比較

29、多，對動態(tài)的研究得比較少；對低速設(shè)備研究得比較多，對高速的研究比較少。3. 在設(shè)計(jì)上解決靜態(tài)與動態(tài)的聯(lián)合設(shè)計(jì)問題。4. 在結(jié)構(gòu)動力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)中去除求解盲目性問題，應(yīng)該比較清楚地研究其解的存在性與惟一性問題。5. 只注重研究，不注重應(yīng)用。特別是如何應(yīng)用有限元法和數(shù)值模擬技術(shù)設(shè)計(jì)機(jī)身方面。1.4 大型有限元分析軟件 ansys 簡介ansys 是目前國際上著名的有限元軟件之一，該軟件是集結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁場、聲場和耦合場分析于一體。ansys 廣泛應(yīng)用于機(jī)械、航空航天、能源、交通運(yùn)輸、土木建筑、水利、電子、地礦、生物醫(yī)學(xué)、教學(xué)研究等眾多領(lǐng)域。ansys 作為一個(gè)功能強(qiáng)大、應(yīng)用廣泛的有限元分析軟件

30、，其技術(shù)特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1 數(shù)據(jù)統(tǒng)一。ansys 使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫來存儲模型數(shù)據(jù)及求解結(jié)果，實(shí)現(xiàn)前后處理、分析求解及多場分析的數(shù)據(jù)統(tǒng)一。2 強(qiáng)大的建模能力。ansys 具備三維建模能力，僅靠 ansya 的 gui（圖形界面）就可建立各種復(fù)雜的幾何模型。3 強(qiáng)大的求解功能。ansys 提供了數(shù)種求解器，用戶可根據(jù)分析要求選擇合適的求解器。4 強(qiáng)大的非線性功能。ansys 可以進(jìn)行幾何非線性、材料非線性及狀態(tài)非線性分析。5 智能網(wǎng)格劃分。ansys 可根據(jù)模型的特點(diǎn)自動生成有限元網(wǎng)格。6 良好的優(yōu)化功能。利用 ansys 的優(yōu)化設(shè)計(jì)功能，用戶可以確定最優(yōu)設(shè)計(jì)方案;利用 ansys 的

31、拓?fù)鋬?yōu)化功能，用戶可以對模型進(jìn)行外型優(yōu)化，尋求物體對材料的最佳利用。7 可實(shí)現(xiàn)多場耦合功能。ansys 可以研究各物理場間的相互影響。8 提供與其他程序接口。ansys 提供了與多數(shù) cad 軟件及有限元分析軟件的接口程序，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和交換。9 良好的用戶開發(fā)環(huán)境。ansys 開放式的結(jié)構(gòu)使用戶可以利用 apdl，uidl 和 upfs 對其進(jìn)行二次開發(fā)。結(jié)構(gòu)分析是 ansys 功能之一，其中包括：靜力分析（用于分析結(jié)構(gòu)的靜態(tài)行為，可以考慮結(jié)構(gòu)的線性及非線性特性）；模態(tài)分析（計(jì)算線性結(jié)構(gòu)的自振頻率及振型）；譜分析（是模態(tài)分析的擴(kuò)展，用于計(jì)算由于隨機(jī)振動引起的結(jié)構(gòu)應(yīng)力和應(yīng)變）；協(xié)響應(yīng)分析（確

32、定線性結(jié)構(gòu)對隨時(shí)間按正弦曲線變化的載荷的響應(yīng)）；瞬態(tài)動力學(xué)分析（確定結(jié)構(gòu)對隨時(shí)間任意變化的載荷的響應(yīng)，可以考慮與靜力分析相同的結(jié)構(gòu)非線性特性）；特征屈曲分析（用于計(jì)算線性屈曲荷載，并確定屈曲模態(tài)形狀）；專項(xiàng)分析（斷裂分析，復(fù)合材料分析，疲勞分析）等31。1.5 本課題研究的目的和意義近年來，由于我國國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各行各業(yè)對折彎機(jī)的需求越來越多，國內(nèi)外市場競爭非常激烈。折彎機(jī)的設(shè)計(jì)水平，對折彎機(jī)制造成本、技術(shù)性能和使用壽命有著決定性的影響。世界許多折彎機(jī)生產(chǎn)廠家都把精力集中在開發(fā)大噸位、高精度的折彎機(jī)上，研究的方向不但在機(jī)身上，而且己轉(zhuǎn)移到整個(gè)折彎機(jī)裝配上，在研究的手段上不僅有計(jì)算機(jī)仿真，

33、而且應(yīng)用了許多有效的實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置。然而我國折彎機(jī)的整體設(shè)計(jì)水平還比較落后，盡管一些大中型企業(yè)的設(shè)計(jì)部門在某些重要的折彎機(jī)設(shè)計(jì)工作中，對其關(guān)鍵部件已經(jīng)采用了先進(jìn)的分析方法和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，但是絕大多數(shù)生產(chǎn)廠家和設(shè)計(jì)單位，包括大中型企業(yè)的設(shè)計(jì)單位，基本上還沿襲了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，主要采用的是以工程人員經(jīng)驗(yàn)和產(chǎn)品試制為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。由于缺乏功能完善的現(xiàn)代設(shè)計(jì)手段，所以導(dǎo)致折彎機(jī)本體結(jié)構(gòu)過于保守、產(chǎn)品開發(fā)的周期較長，成本也較高，效率也較低，隨著企業(yè)的發(fā)展，這一點(diǎn)已嚴(yán)重制約了企業(yè)技術(shù)水平的提高，因此企業(yè)迫切需要引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法。 cae 技術(shù)的應(yīng)用，有著非常重要的意義。一方面，能夠在折彎機(jī)制造之前從

34、理論上論證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可行性，減少折彎機(jī)設(shè)計(jì)方案的風(fēng)險(xiǎn)，從而達(dá)到以低成本、短周期進(jìn)行折彎機(jī)機(jī)身設(shè)計(jì)制造的目的；另一方面，可以實(shí)現(xiàn)折彎機(jī)機(jī)身設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)的優(yōu)化，利用 cae 技術(shù)可以模擬折彎機(jī)機(jī)身在工作過程中的真實(shí)變形和應(yīng)力變化狀況，能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)靜力、模態(tài)振型、瞬態(tài)沖擊等多方面的模擬仿真，從而分析各個(gè)部位的結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸對沖壓過程的影響，并進(jìn)行靈敏度分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。以提高產(chǎn)品的核心競爭力，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。 結(jié)合企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制作情況，本課題以江蘇亞威數(shù)控機(jī)床有限公司pbb-110/3100型數(shù)控折彎機(jī)為研究對象，應(yīng)用有限元方法對機(jī)床進(jìn)行靜、動態(tài)分析，并選取適當(dāng)?shù)膮?shù)對機(jī)床結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，

35、使所設(shè)計(jì)的機(jī)身具有最好的使用性能和最低的材料消耗與制造成本，以便獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。提高該企業(yè)的市場競爭力。1.6 本課題研究的主要內(nèi)容 本課題采用有限元分析軟件 ansys 作為分析工具，對 pbb-110 /3100型數(shù)控折彎機(jī)的機(jī)身進(jìn)行有限元靜態(tài)、動態(tài)特性分析，主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：1. 通過對折彎機(jī)的有限元計(jì)算，分析了折彎機(jī)機(jī)身的靜態(tài)特性，即應(yīng)力和變形分析，找出機(jī)身在靜態(tài)下的薄弱環(huán)節(jié)。2. 用有限元軟件分析機(jī)身側(cè)板厚度和喉口圓角半徑對機(jī)身性能的影響，并選取合適參數(shù)對機(jī)身結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化。3. 對機(jī)身進(jìn)行模態(tài)分析，用 lanczos 方法求出優(yōu)化前后機(jī)身的前十階固有頻率

36、以及振型，并將優(yōu)化前后的性能進(jìn)行比較。4. 以 ansys 作為工具，對折彎機(jī)進(jìn)行了非線性接觸分析，動態(tài)模擬了折彎機(jī)工作過程中，工作臺和滑塊的受力狀況。第二章 數(shù)控折彎機(jī)的靜態(tài)特性分析2.1 折彎機(jī)簡介本課題主要針對pbb-110/3100型號的數(shù)控折彎機(jī)進(jìn)行機(jī)身的靜態(tài)分析與優(yōu)化。該型號折彎機(jī)的主要參數(shù)如下:滑塊長 3100 mm滑塊厚度 32 mm工作臺高度 795mm工作臺長度 3100mm工作臺寬度 60mm滑塊行程 200mm油缸活塞直徑 145mm2.2 建模方法的選擇 在進(jìn)行有限元分析之前，建立分析對象結(jié)構(gòu)的有限元模型是有限元分析的第一步，模型生成的目的是建立能夠真實(shí)反映實(shí)際工程原

37、型行為特征的數(shù)學(xué)模型。 有限元模型的建立一般由以下兩種方式：一種是直接建立法生成有限元模型，可以在 ansys 中直接建立，或者也可以直接讀入其他有限元程序生成的節(jié)點(diǎn)單元數(shù)據(jù)；另一種是自動網(wǎng)格建立法，先建立實(shí)體模型，然后定義單元屬性劃分網(wǎng)格生成節(jié)點(diǎn)和單元。直接建立法對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)而言，建模過程不僅繁瑣而且容易出錯(cuò)，這種方法比較適用于幾何外形簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu)，并且產(chǎn)生的節(jié)點(diǎn)、單元數(shù)目較少。自動網(wǎng)格建立法，對于復(fù)雜的系統(tǒng)而言比較有效果，尤其是對于三維空間復(fù)雜的系統(tǒng)最為有用，但是網(wǎng)格的劃分需要實(shí)際積累的經(jīng)驗(yàn)，良好的網(wǎng)格劃分不僅能保證結(jié)果的正確性，而且使計(jì)算的代價(jià)大為減少。本文的分析對象為一臺三維結(jié)構(gòu)比較

38、復(fù)雜的折彎機(jī)，綜合考慮上述原因，采用自動網(wǎng)格建立法來建立折彎機(jī)各部件的有限元模型。 對于自動網(wǎng)格的建立，ansys 提供了與其它 cad 軟件和有限元分析軟件的接口。雖然 ansys 軟件本身具有實(shí)體建模功能，但其實(shí)體建模功能與專業(yè)的cad 軟件相比而言比較簡單。對一些簡單實(shí)體，可以在 ansys 中直接建立實(shí)體模型，然后定義單元屬性劃分網(wǎng)格生成節(jié)點(diǎn)和單元。但對于一些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，實(shí)體建模時(shí)操作十分繁瑣，必須進(jìn)行大量的簡化才能夠進(jìn)行，且網(wǎng)格的質(zhì)量無法預(yù)料，模型能否反映實(shí)際結(jié)構(gòu)難以保證。有了這樣的接口，用戶就可以在自己熟悉的 cad 軟件中建立幾何模型，然后通過這個(gè)接口輸入到 ansys 中，做適

39、當(dāng)?shù)男薷暮筠D(zhuǎn)化成 ansys 的幾何模型，然后進(jìn)行網(wǎng)格劃分。本文在分析的過程中就是采用 cad 軟件 solidworks建立折彎機(jī)各主要組件的三維實(shí)體模型，然后導(dǎo)入 ansys 進(jìn)行網(wǎng)格劃分和求解計(jì)算。2.3 折彎機(jī)的受力分析折彎機(jī)實(shí)際工作過程中，加載是隨著時(shí)間變化的，它是從零值逐漸遞增，至峰值后保壓，然后進(jìn)行卸載。由于進(jìn)行的是靜態(tài)線性分析，對于載荷的處理近似為靜載荷，在此僅僅考慮滿載的情況下的結(jié)構(gòu)受力狀況。根據(jù)折彎機(jī)實(shí)際工作條件，折彎機(jī)受載分為三種情況：一是在工作臺全長上受均布載荷，二是在工作臺中部等于工作臺長度 60%上受均布載荷，三是在工作臺一側(cè)等于工作臺長度 60%上受均布載荷。折彎

40、機(jī)的滑塊與工作臺是相對應(yīng)的，同樣也存在這樣三種受載情況。由pbb-110/3100型號數(shù)控折彎機(jī)的參數(shù)可知，每個(gè)液壓缸工作載荷為55噸。液壓缸活塞柱的直徑為d=145mm，工作臺臺面寬度為60mm，長度3100mm。滑塊厚度為32mm，長度為3100mm。計(jì)算出各受力面的載荷如下：1 液壓缸活塞柱上的壓力： =32657512.7n/2 工作臺全長上受均布載荷時(shí)，工作臺臺面的壓力: =5795698.92n/3 工作臺中間 60%長度上受均布載荷時(shí)，工作臺臺面的壓力: =9659498.2 n/4 工作臺一側(cè) 60%長度上受均布載荷時(shí)，工作臺臺面的壓力: =9659498.2n/5 滑塊全長上

41、受均布載荷時(shí)，滑塊下底面受到的壓力: =10866935.5n/6 滑塊中間 60%長度上受均布載荷時(shí)：滑塊下底面受到的壓力: =18111559.2n/7滑塊一側(cè) 60%長度上受均布載荷時(shí)：滑塊下底面受到的壓力:=18111559.2n/2.4 折彎機(jī)機(jī)身的靜態(tài)特性分析2.4.1 機(jī)身實(shí)體模型簡化采用 solidworks2011 軟件建立機(jī)身的 cad 三維實(shí)體模型。cad 模型是幾何模型，要對它進(jìn)行靜、動力學(xué)模擬仿真計(jì)算，必須先將其轉(zhuǎn)換為 cae 模型。目前將專業(yè) cad 軟件生成三維實(shí)體模型轉(zhuǎn)換為 cae 模型還存在很多的問題，許多復(fù)雜模型直接傳遞會產(chǎn)生 cae 模型無法生成問題，因此

42、必須對建立的結(jié)構(gòu) cad模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕托薷摹ａ槍?shù)控折彎機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作狀況，確定以下簡化原則：1對于明顯不會影響機(jī)身整體剛度、強(qiáng)度的部位，如螺釘孔、銷孔、圓角簡化，忽略外側(cè)板和內(nèi)側(cè)板上一些用于吊裝方便和安裝其它裝置做的小孔。2將導(dǎo)軌看成自由界面，滑塊和導(dǎo)軌之間無力的傳遞。3將底板地腳螺栓固定視為剛度無限大，將地腳螺栓與地面看作固定約束。4忽略對整體受力狀況影響較小的附件。5設(shè)焊接聯(lián)接強(qiáng)度與鍛件強(qiáng)度相等。6保留危險(xiǎn)部位細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)。這些簡化和修改的目的是為了避免小特征和小結(jié)構(gòu)件在進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分時(shí)，產(chǎn)生大量的有限元單元，加大計(jì)算機(jī)的計(jì)算時(shí)間；并且小特征也會造成網(wǎng)格質(zhì)量下降，影響結(jié)構(gòu)的分析

43、精度。對于液壓缸底板模型這一區(qū)域，考慮到力的傳遞比較復(fù)雜，在建模過程中，為了準(zhǔn)確地得到液壓缸底板與側(cè)板焊接部位的應(yīng)力值，于是將液壓缸當(dāng)成模型的一個(gè)部分來看待，這樣可以更加方便的進(jìn)行加載處理。由此建立折彎機(jī)機(jī)身模型如圖2.1： 圖2.1 solidworks下的pbb-100/3100型折彎機(jī)模型2.4.2 材料特性的施加機(jī)身為q235鋼板焊接件，在工作時(shí)其變形可以認(rèn)為是彈性變形。忽略焊縫處材料特性的不同和焊縫的缺陷，認(rèn)為所有的單元都具有同樣的材料特性。材料特性常數(shù)包括：彈性模量、泊松比、密度。碳鋼在不同的資料中其材料特性系數(shù)略有差別，經(jīng)過查閱新版的機(jī)械設(shè)計(jì)手冊。彈性模量 e(1.96 -2.0

44、6)10pa，本文取2.010pa；泊松比 =(0.24-0.32)，本文取=0.3；密度=7.8610kg/m。2.4.3 在ansys下對solidworks模型進(jìn)行處理 由于前期是在solidworks下建立的折彎機(jī)三維模型，當(dāng)把模型導(dǎo)入ansys處理時(shí)為了減少軟件的處理難度以及處理速度，首先對模型進(jìn)行一些處理。首先是對模型的結(jié)構(gòu)處理：由于構(gòu)建模型的部件比較多，后期的分析處理以及網(wǎng)格的劃分都比較困難，所以首先對模型中一些屬于焊接在一起的部件劃分為一個(gè)整體。如圖2.2。 圖2.2 單元體劃分前機(jī)身的結(jié)構(gòu)處理圖中黃色的部分是由左側(cè)板、右側(cè)板、上支撐、下支撐、中立板以及四個(gè)地腳組成，再次把它們

45、看成一個(gè)整體。由于這9各部分是屬于焊接處理，所以在此把它們作為一個(gè)整體進(jìn)行處理對受力以及變形不會產(chǎn)生影響。其次就是在網(wǎng)格劃分前對機(jī)床各部件之間的連接關(guān)系進(jìn)行處理。由于ansys軟件對不作處理的部件之間默認(rèn)為綁定關(guān)系，若不做連接關(guān)系處理而直接進(jìn)行受力變形分析，會導(dǎo)致結(jié)果的不準(zhǔn)確，甚至有較大的偏差。因此對機(jī)身關(guān)鍵部件做如下處理：前、后立板與中立板上兩圓柱零件之間作為摩擦關(guān)系，摩擦系數(shù)取0.2。圖2.3所示為定義接觸的操作界面圖。 圖2.3 前、后立板與工作臺上兩圓柱零件接觸關(guān)系滑塊與左、右側(cè)板之間作為摩擦關(guān)系，由于滑塊與側(cè)板接觸面做潤滑處理，所以摩擦系數(shù)取0.1，如圖2.4。 圖2.4 滑塊與左、

46、右側(cè)板接觸關(guān)系滑塊與副導(dǎo)軌之間作為摩擦關(guān)系，由于滑塊與副導(dǎo)軌接觸面做潤滑處理，所以摩擦系數(shù)取0.1，如圖2.5。 圖2.5 滑塊與副導(dǎo)軌接觸關(guān)系兩圓柱零件與左右側(cè)板之間，由于量圓柱零件與左、右側(cè)板沒有連接關(guān)系，所以并沒有接觸面。所以作刪除兩個(gè)零件的接觸面處理，如圖2.6。 圖2.6 刪除不必要的接觸面2.4.4 機(jī)身有限元模型網(wǎng)格的選取與劃分 單元的選擇 由圖2.1可以看出，機(jī)身主要是由板、殼組成，在受力上基本是承受拉壓和彎曲兩種狀態(tài)，可以選用有限元中的殼單元。但是在液壓缸的底座部分是不符合殼單元選擇的規(guī)則，即使在選擇同一種單元時(shí)，也必須設(shè)置不同的實(shí)體常數(shù)來定義殼厚度，并且會對結(jié)構(gòu)作很大的改動

47、，機(jī)架受載的方式也要進(jìn)行簡化過渡。如果采用不同類型單元，如實(shí)體單元和板殼類單元，它們的節(jié)點(diǎn)自由度數(shù)是不相同的，因此考慮不同單元之間連接是否連續(xù)等問題，必須使所用單元的接觸處結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)，為此需要人工進(jìn)行調(diào)整。如果人工干預(yù)太大，會引起單元畸形。因此采用殼單元來進(jìn)行機(jī)身的有限元分析，必將帶來一定的計(jì)算誤差，特別是對于一些重要的局部區(qū)域，其應(yīng)力分析誤差較大。從有限元理論知道，用三維實(shí)體單元反映機(jī)身的結(jié)構(gòu)，更能反映機(jī)身的實(shí)際情況。由于機(jī)身模型的復(fù)雜性，平衡計(jì)算精度和計(jì)算時(shí)間的要求，在建立機(jī)身和部件的有限元模型時(shí)主要采用掃略法建立四面體網(wǎng)格，為了提高整機(jī)分析計(jì)算的效率，實(shí)體建模采用自動劃分網(wǎng)格。 單元

48、的劃分網(wǎng)格數(shù)量的多少將影響計(jì)算結(jié)構(gòu)的精度和計(jì)算規(guī)模的大小。一般來講，網(wǎng)格數(shù)量增加，計(jì)算精度會有所提高，但同時(shí)計(jì)算規(guī)模也會增加。所以在確定網(wǎng)格數(shù)量時(shí)應(yīng)權(quán)衡這兩個(gè)因素綜合考慮。一般情況下，在靜力分析時(shí)，如果僅僅計(jì)算結(jié)構(gòu)的變形，網(wǎng)格數(shù)量可少一些，若計(jì)算應(yīng)力，則在精度要求相同的情況下應(yīng)取相對較多的網(wǎng)格。本次分析采用軟件自動化分網(wǎng)格。經(jīng)網(wǎng)格的自動劃分后，最終得到折彎機(jī)整機(jī)有限元模型共有44462個(gè)網(wǎng)格單元。機(jī)身有限元模型如下：圖2.7 折彎機(jī)機(jī)身有限元模型（網(wǎng)格劃分）2.4.5 整機(jī)的載荷及約束條件約束條件：機(jī)架是固定在地面的，雖然機(jī)架是通過地腳螺栓進(jìn)行固定，地腳螺栓也僅是進(jìn)行底面平動方向的限制，但對結(jié)

49、構(gòu)分析的精度沒有很大的影響，所以對地腳的底面限制其全約束。載荷情況：滑塊的中心和工作臺的中心在一個(gè)平面內(nèi)，本次分析在三種典型的工況下的整機(jī)的等效應(yīng)力和機(jī)身的整體變形，以及滑塊和工作臺的變形。根據(jù)作用力與反作用力定理： 對滑塊全長上施加均布載荷，方向?yàn)榇怪毕蛏?；工作臺臺面全長上施加均布載荷，方向?yàn)榇怪庇诠ぷ髋_面向下。對滑塊中間段60%上施加均布載荷，方向?yàn)榇怪毕蛏?；工作臺臺面全長60%上施加均布載荷，方向?yàn)榇怪庇诠ぷ髋_面向下。對滑塊一端60%上施加均布載荷，方向?yàn)榇怪毕蛏?；工作臺臺面一端60%上施加均布載荷，方向?yàn)榇怪庇诠ぷ髋_面向下。2.4.6 計(jì)算結(jié)果分析由于pbb-110/3100型折彎機(jī)在

50、工作情況下主要的變形是y方向的變形，而且y方向的變形對機(jī)體結(jié)構(gòu)的安全性能以及折彎機(jī)的工作精度有較大影響。而x與z方向的變形對此的影響較小可忽略不計(jì)。因此本次分析主要考慮y方向的變形。第種工況分析：圖2.8 第工況機(jī)身的整體位移云圖圖2.9 第工況機(jī)身的y方向的位移云圖圖2.10 第工況機(jī)身的等效應(yīng)力云圖圖2.11 第工況機(jī)身最大等效應(yīng)力點(diǎn)（工作臺與側(cè)板焊接處）圖2.12 第工況滑塊y方向位移云圖圖2.13 第工況滑塊等效應(yīng)力云圖圖2.14 滑塊最大等效應(yīng)力點(diǎn) 圖2.15 第工況工作臺y方向位移云圖 圖2.16 第工況工作臺等效應(yīng)力云圖在第工況下機(jī)身的整體最大變形出現(xiàn)在滑塊上，且最大位移量為1.

51、882mm，且y方向最大位移也是在滑塊上為1.6468mm。從等效應(yīng)力云圖可以看出機(jī)身的最大應(yīng)力937.98mpa，但是從圖2.11可以看出這個(gè)最大應(yīng)力是出現(xiàn)在某一點(diǎn)上，這個(gè)點(diǎn)在機(jī)床運(yùn)行過程中出現(xiàn)尖點(diǎn)接觸的現(xiàn)象，造成尖點(diǎn)應(yīng)力集中。但是隨著時(shí)間的推移這個(gè)尖點(diǎn)會消失。所以這點(diǎn)不是危險(xiǎn)點(diǎn)，不做考慮。所以主要考慮喉口處的應(yīng)力。從圖2.10可以看出喉口處最大的應(yīng)力大約為168mpa。從圖2.12和圖2.13可以看出滑塊的y方向的位移量大概為0.5mm。而最大應(yīng)力出現(xiàn)在滑塊的肩部方形孔圓角處，且最大應(yīng)力為378.15mpa，由圖2.15和圖2.16可知工作臺y方向位移量約為0.45mm，最大應(yīng)力出現(xiàn)在中立

52、板與左右側(cè)板接觸的地方最大為156.11mpa。第種工況分析：圖2.17第工況機(jī)身的整體位移云圖圖2.18 第工況機(jī)身的y方向的位移云圖圖2.19 第工況機(jī)身的等效應(yīng)力云圖圖2.20 第工況滑塊y方向位移云圖圖2.21 第工況滑塊等效應(yīng)力云圖圖2.22 第工況工作臺y方向位移云圖圖2.23 第工況工作臺等效應(yīng)力云圖在第工況下機(jī)身的整體最大變形出現(xiàn)在滑塊上，且最大位移量為2.097mm，且y方向最大位移也是在滑塊上為1.8495mm。從等效應(yīng)力云圖可以看出機(jī)身的最大應(yīng)力1006.2mpa，但是從圖2.11可以看出這個(gè)最大應(yīng)力是出現(xiàn)在某一點(diǎn)上，這個(gè)點(diǎn)在機(jī)床運(yùn)行過程中出現(xiàn)尖點(diǎn)接觸的現(xiàn)象，造成尖點(diǎn)應(yīng)力

53、集中。但是隨著時(shí)間的推移這個(gè)尖點(diǎn)會消失。所以這點(diǎn)不是危險(xiǎn)點(diǎn)，不做考慮。所以主要考慮喉口處的應(yīng)力。從圖2.18可以看出喉口處最大的應(yīng)力大約為175mpa。從圖2.19和圖2.20可以看出滑塊的y方向的位移量大概為0.8mm。而最大應(yīng)力出現(xiàn)在滑塊的肩部，且最大應(yīng)力為378.05mpa，由圖2.14可知此處屬于面和線的接觸部分，造成應(yīng)力集中，所以主要考慮肩部方形孔上部圓角處應(yīng)力約360mpa。由圖2.21和圖2.22可知工作臺y方向位移量約為0.74mm，最大應(yīng)力出現(xiàn)在中立板與左右側(cè)板接觸的地方最大為254mpa。第種工況分析：圖2.24 第工況機(jī)身的整體位移云圖圖2.25 第工況機(jī)身的y方向的位移

54、云圖圖2.26 第工況機(jī)身的等效應(yīng)力云圖圖2.27 第工況機(jī)身等效應(yīng)力最大點(diǎn)圖2.28 第工況滑塊y方向位移云圖圖2.29 第工況滑塊等效應(yīng)力云圖圖2.30 第工況工作臺y方向位移云圖圖2.31 第工況工作臺等效應(yīng)力云圖 在第工況下機(jī)身的整體最大變形出現(xiàn)在滑塊和油缸上，且最大位移量為2.584mm，且y方向最大位移也是在滑塊上為2.084mm。從等效應(yīng)力云圖可以看出機(jī)身的最大應(yīng)力953.82mpa，但是從圖2.27可以看出這個(gè)最大應(yīng)力是出現(xiàn)在某一點(diǎn)上，這個(gè)點(diǎn)在機(jī)床運(yùn)行過程中出現(xiàn)尖點(diǎn)接觸的現(xiàn)象，造成尖點(diǎn)應(yīng)力集中。但是隨著時(shí)間的推移這個(gè)尖點(diǎn)會消失。所以這點(diǎn)不是危險(xiǎn)點(diǎn)，不做考慮。所以主要考慮喉口處的

55、應(yīng)力。從圖2.26可以看出喉口處最大的應(yīng)力大約為256.3mpa。從圖2.28和圖2.29可以看出滑塊的y方向的位移量大概為1.6mm。而最大應(yīng)力出現(xiàn)在滑塊的肩部，且最大應(yīng)力為512.04mpa，由圖2.14可知此處屬于面和線的接觸部分，造成應(yīng)力集中，所以主要考慮肩部方形孔上部圓角處應(yīng)力約487mpa。由圖2.30和圖2.31可知工作臺y方向位移量約為0.6mm，最大應(yīng)力為214.26mpa。 由以上三種工況的等效應(yīng)力和位移云圖總結(jié)為表2.1所示。表2.1 不同工況下機(jī)身主要位置處處理數(shù)據(jù)分析類型第一工況第二工況第三工況機(jī)身總位移(mm)1.8822.0972.584機(jī)身y方向位移（mm）1.

56、64681.84952.084機(jī)身喉口處等效應(yīng)力(mpa)168175256.3滑塊y方向位移（mm）0.490.781.52滑塊肩部方形孔圓角處等效應(yīng)力（mpa）378.15360487工作臺y方向位移（mm）0.540.740.6工作臺等效應(yīng)力（mpa）156.11254214.262.4.7 分析結(jié)果總結(jié) 位移分析：由以上云圖以及表2.1總結(jié)可知：當(dāng)滑塊在全長上承受均布載荷時(shí)，整體變形的最大位移為0.5mm，當(dāng)滑塊中間承受均布載荷時(shí)，整體變形的最大位移為0.8mm；當(dāng)在承受偏載時(shí)，變形的最大位移為1.6mm；根據(jù)結(jié)果，當(dāng)承受全長受載時(shí)，變形量最??；當(dāng)承受一端載荷的時(shí)候，變形最大。所以，對于一端受載的工況，應(yīng)盡量避免，工作中如果避免不了局部受載的工況時(shí)，優(yōu)先考慮中間受載的工況。 當(dāng)工作臺在全長上承受均布載荷時(shí)，整體變形的最大位移為 0.54mm，當(dāng)工作臺中間承受均布載荷時(shí)，整體變形的最大位移為0.74mm；當(dāng)在承受偏載時(shí)，變形的最大位移為0.6mm；當(dāng)承受全長受載時(shí)，變形量最小；當(dāng)承受中間載荷的時(shí)候，變形最大。所以，工作中如果避免不了局部受載的工況時(shí)，同樣應(yīng)優(yōu)先考慮偏載的工況。 綜