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[摘 要]近年来，我国数控机床制造业发展迅速，且为推动我国工业产业的发展做出了巨大贡献，作为数控机床应用的主要设备之一，数控液压折弯机不仅关系着锻压机械自身的性能和应用水平，而且对于数控机床制造业的发展也具有重要影响。为了提高机床的使用性能，本文通过对数控液压折弯机进行介绍，在对其结构进行分析的基础上，提出了相关的优化设计方案，以便为提高折弯机使用性能提供有价值的意见和建议。
[关键词]数控液压折弯机 ANSYS软件 工作台
中图分类号：TK151 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）19-0026-01
前言
数控机床技术在社会各个生产领域中的应用使得其得到了工业领域研究人员的广泛关注，然而，在数控机床制造业的规模和速度不断发展的同时，也出现了机械效率低、使用性能下降等各类问题。数控液压折弯机是当前应用最广泛的数控机床的重要部件之一，本文通过对其概念和功能进行简要介绍，进而对数控液压折弯机的结构和优化设计方法展开了深入研究。
1 数控液压折弯机介绍
数控液压折弯机实际就是一种双缸上动式的数控液压折弯机，其通过借助伺服比例阀中安置的各个阀门所发出的动作，对左右油缸的返回及伸长进行驱动，并带动滑块的升降运动[1]。在滑块的同步方面，主要应用全闭环电液伺服控制技术，两侧光栅尺将滑块本身的位置信号反馈回数控系统，而后，数控系统对同步阀的开口大小进行同步控制，并对油缸中的优良进行自动调节，最终，实现滑块轴的同步运行，并使其始终保持同工作台的平行状态。
2 数控液压折弯机的结构分析
2.1 机身结构静态分析
利用ANSYS有限元分析法对数控液压折弯机机身的总体位移分布以及X、Y、Z方向上的位移分布与机身喉口出的位移分布进行模拟分析，从而计算出折弯机上述5个方向上的位移分布量。通过分析发现，折弯机自身在工作过程中的形变可以基本满足数控精度的要求，但在喉口方面，由于其下部位置的应力较大，且最大时可达169MPa，超出了折弯机正常的允许应力（160MPa）。而在实际工作过程中，最易出现疲劳而产生断裂的部分也为折弯机喉口出，故应对喉口处这一区域进行优化，通过适当减少其应力值，从而保证结构自身强度[2]。
2.2 滑块结构静态分析
利用ANSYS有限元分析法对数控液压折弯机滑块在三种不同载荷情况下的位移分布进行模拟分析，三种情况分别为，滑块全长受载、中间受载和偏载。研究结果表明，滑块处于全长受载时，其发生的型变量最小；当其承受中间荷载时，其发生的型变量最大。因此，在实际应用过程中的，应该尽量避免折弯机滑块中间受载的情况发生，应尽量以偏载工况为主。对于一般的数控液压折弯机而言，滑块约束的加载情况可通过刚度分析来进行了解，而正常滑块刚度所产生的折弯机滑块工作精度大都只能达到B级，并不能满足产品的精益生产，故应对滑块此部分结构进行优化，从而提高产品的精益程度。
2.3 工作台静态分析
仍然利用有限元分析软件ANSYS对数控液压折弯机工作台在全长受载以及中间受载和偏载的三种情况下的变形场进行受力分析。当抽全长荷载时，工作台产生的性变量最小；当承受中间荷载时，型变量最大。但根据ANSYS软件分析结果可知，工作台的变形要大于滑块在相同工况下的变形，产生此种现象的原因在于，工作台中间具有三个长方形的小孔，主要用于补偿油缸的安装，以达到对滑块变形进行补偿的目的。
3 数控液压折弯机的优化设计
3.1 折弯机形状尺寸的优化设计
折弯机机身的优化原则为：以机身结构的变更为条件，利用有限元分离软件ANSYS计算出机身的最大垂直变形以及此时喉口处所承受的最大压力，确保其在原来结构变形与许用应力的整体约束范围内，并将减轻机身的重量作为主要目的。首先，由于侧板的宽度变化直接影响着折弯机机身的最大变形，故可通过适当缩减机身宽度，从而减轻机身自身重量；其次，喉口处的应力大小直接受到喉口处圆角半径的影响，通过ANSYS对折弯机的进行有限元模拟时发现，喉口处圆角半径在逐渐增加时，喉口处所承担的最大应力变化趋势为先减少，后增加，当增加的幅度小于减小的幅度[3]。因此，在进行折弯机设计时，应在尽量使喉口深度满足相关标准时，尽量增加喉口圆角半径，以达到减小喉口最大应力的目的。
3.2 局部强度优化
当数控液压折弯机工作时，喉口处极容易发生断裂，因此，为了确保机器的折弯精度并延长液压折弯机的使用寿命，必须对此区域进行优化和改进。通过在侧板喉口出的内外两侧添加C型加强筋，从而使折弯机的机身变形与喉口所承担的应力适当减少。在局部强化工作结束后，对机身变形量与喉口承担压力进行二次计算，进而得出折弯机机身最大型变量以及喉口处所承担的最大压力随折弯机侧板宽度的变化情况，改进后发现，虽然机身与喉口的最大变形量和承受的最大压力均随着侧板宽度的增加而略有上升，但机身一般性变形程度與喉口的一般承受压力的程度均明显降低，从而证明了优化方法的可行性。
3.3 工作台补偿油缸位置优化
设定折弯机中间补偿油缸与工作台台面相距H（单位mm，下同），三个补偿油缸之间的间距均为D，两侧补偿油缸相对于中间补偿油缸在工作台垂直方向上的位移量为H1。在优化时，首先，保持H不变，分别改变D与H1的值，对工作台的整体变形情况进行分析，从而确定出工作台与滑块变形曲线能够良好进行拟合时的H、D与H1的值，进而确定出经过此次优化后，工作台油缸位置的最大补偿量，从而降低工作台变形，提高数控液压折弯机的运行安全和运行效率。
结论
本文通过对数控液压折弯机的概念和应用进行简要介绍，在对一般类型的数控液压折弯机的机身结构、滑块结构与工作台的相关性能进行分析的基础上，分别从机身的形状尺寸、局部强度以及工作台补偿油缸的位置等方面对数控液压折弯机的结构进行了优化设计。研究结果表明，本文所涉及的折弯机结构的优化方法能够有效地降低折弯机机身的变形量和喉口承担的压力，并减小工作台形变量，从整体上提高数控液压折弯机的工作效率。
参考文献
[1]贾腾龙.液压数控折弯机控制系统的研发[D].武汉：华中科技大学，2013.
[2]王小刚.数控折弯机液压驱动系统方案设计[J].职业技术，2011，10（12）：111-112.
[3]范云霄，张厚慈，金宇.基于ANSYS Workbench的数控液压折弯机机身优化设计[J].机械工程师，2014，09（05）：77-78.
[关键词]数控液压折弯机 ANSYS软件 工作台
中图分类号：TK151 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）19-0026-01
前言
数控机床技术在社会各个生产领域中的应用使得其得到了工业领域研究人员的广泛关注，然而，在数控机床制造业的规模和速度不断发展的同时，也出现了机械效率低、使用性能下降等各类问题。数控液压折弯机是当前应用最广泛的数控机床的重要部件之一，本文通过对其概念和功能进行简要介绍，进而对数控液压折弯机的结构和优化设计方法展开了深入研究。
1 数控液压折弯机介绍
数控液压折弯机实际就是一种双缸上动式的数控液压折弯机，其通过借助伺服比例阀中安置的各个阀门所发出的动作，对左右油缸的返回及伸长进行驱动，并带动滑块的升降运动[1]。在滑块的同步方面，主要应用全闭环电液伺服控制技术，两侧光栅尺将滑块本身的位置信号反馈回数控系统，而后，数控系统对同步阀的开口大小进行同步控制，并对油缸中的优良进行自动调节，最终，实现滑块轴的同步运行，并使其始终保持同工作台的平行状态。
2 数控液压折弯机的结构分析
2.1 机身结构静态分析
利用ANSYS有限元分析法对数控液压折弯机机身的总体位移分布以及X、Y、Z方向上的位移分布与机身喉口出的位移分布进行模拟分析，从而计算出折弯机上述5个方向上的位移分布量。通过分析发现，折弯机自身在工作过程中的形变可以基本满足数控精度的要求，但在喉口方面，由于其下部位置的应力较大，且最大时可达169MPa，超出了折弯机正常的允许应力（160MPa）。而在实际工作过程中，最易出现疲劳而产生断裂的部分也为折弯机喉口出，故应对喉口处这一区域进行优化，通过适当减少其应力值，从而保证结构自身强度[2]。
2.2 滑块结构静态分析
利用ANSYS有限元分析法对数控液压折弯机滑块在三种不同载荷情况下的位移分布进行模拟分析，三种情况分别为，滑块全长受载、中间受载和偏载。研究结果表明，滑块处于全长受载时，其发生的型变量最小；当其承受中间荷载时，其发生的型变量最大。因此，在实际应用过程中的，应该尽量避免折弯机滑块中间受载的情况发生，应尽量以偏载工况为主。对于一般的数控液压折弯机而言，滑块约束的加载情况可通过刚度分析来进行了解，而正常滑块刚度所产生的折弯机滑块工作精度大都只能达到B级，并不能满足产品的精益生产，故应对滑块此部分结构进行优化，从而提高产品的精益程度。
2.3 工作台静态分析
仍然利用有限元分析软件ANSYS对数控液压折弯机工作台在全长受载以及中间受载和偏载的三种情况下的变形场进行受力分析。当抽全长荷载时，工作台产生的性变量最小；当承受中间荷载时，型变量最大。但根据ANSYS软件分析结果可知，工作台的变形要大于滑块在相同工况下的变形，产生此种现象的原因在于，工作台中间具有三个长方形的小孔，主要用于补偿油缸的安装，以达到对滑块变形进行补偿的目的。
3 数控液压折弯机的优化设计
3.1 折弯机形状尺寸的优化设计
折弯机机身的优化原则为：以机身结构的变更为条件，利用有限元分离软件ANSYS计算出机身的最大垂直变形以及此时喉口处所承受的最大压力，确保其在原来结构变形与许用应力的整体约束范围内，并将减轻机身的重量作为主要目的。首先，由于侧板的宽度变化直接影响着折弯机机身的最大变形，故可通过适当缩减机身宽度，从而减轻机身自身重量；其次，喉口处的应力大小直接受到喉口处圆角半径的影响，通过ANSYS对折弯机的进行有限元模拟时发现，喉口处圆角半径在逐渐增加时，喉口处所承担的最大应力变化趋势为先减少，后增加，当增加的幅度小于减小的幅度[3]。因此，在进行折弯机设计时，应在尽量使喉口深度满足相关标准时，尽量增加喉口圆角半径，以达到减小喉口最大应力的目的。
3.2 局部强度优化
当数控液压折弯机工作时，喉口处极容易发生断裂，因此，为了确保机器的折弯精度并延长液压折弯机的使用寿命，必须对此区域进行优化和改进。通过在侧板喉口出的内外两侧添加C型加强筋，从而使折弯机的机身变形与喉口所承担的应力适当减少。在局部强化工作结束后，对机身变形量与喉口承担压力进行二次计算，进而得出折弯机机身最大型变量以及喉口处所承担的最大压力随折弯机侧板宽度的变化情况，改进后发现，虽然机身与喉口的最大变形量和承受的最大压力均随着侧板宽度的增加而略有上升，但机身一般性变形程度與喉口的一般承受压力的程度均明显降低，从而证明了优化方法的可行性。
3.3 工作台补偿油缸位置优化
设定折弯机中间补偿油缸与工作台台面相距H（单位mm，下同），三个补偿油缸之间的间距均为D，两侧补偿油缸相对于中间补偿油缸在工作台垂直方向上的位移量为H1。在优化时，首先，保持H不变，分别改变D与H1的值，对工作台的整体变形情况进行分析，从而确定出工作台与滑块变形曲线能够良好进行拟合时的H、D与H1的值，进而确定出经过此次优化后，工作台油缸位置的最大补偿量，从而降低工作台变形，提高数控液压折弯机的运行安全和运行效率。
结论
本文通过对数控液压折弯机的概念和应用进行简要介绍，在对一般类型的数控液压折弯机的机身结构、滑块结构与工作台的相关性能进行分析的基础上，分别从机身的形状尺寸、局部强度以及工作台补偿油缸的位置等方面对数控液压折弯机的结构进行了优化设计。研究结果表明，本文所涉及的折弯机结构的优化方法能够有效地降低折弯机机身的变形量和喉口承担的压力，并减小工作台形变量，从整体上提高数控液压折弯机的工作效率。
参考文献
[1]贾腾龙.液压数控折弯机控制系统的研发[D].武汉：华中科技大学，2013.
[2]王小刚.数控折弯机液压驱动系统方案设计[J].职业技术，2011，10（12）：111-112.
[3]范云霄，张厚慈，金宇.基于ANSYS Workbench的数控液压折弯机机身优化设计[J].机械工程师，2014，09（05）：77-78.