摘要 列举了减小开式压力机角变形的若干方法，重点介绍了日本会田(AlDA)公 司的预设偏载法，分析了该方法的作用机理以及该方法对机床各方面的影响，从理论 和实践的角度证实了该方法的适用性。
关键词 开式压力机 角刚度 角变形
Adopt preset offset loading to reduce general deformation of open type press
Zhou Wen
Abstract：Gives out several ways to minimize angular deforming of open type press. The paper mainly introduces preset offset loading ways of Ai da. Analyzes mechanism of this ways and its effect to presses. The feasibility o f the ways is proved by theory and practice.
Key Words:open type press, angular rigidity, angular deforming
角刚度(或角变形)是开式压力机的一项重要的力学性能指标。该项指标对于模具寿命和制件精度都有着直接的和显著的影响。角刚度一般指开式机身的角刚度，其意义和测试方法在ZBJ62.027-89《开式压力机 技术条件》中已有描述规定。而对于角变形，事实上存在着两个概念：其一是指机身的角变形，它对应于机身的角刚度；其二是指机床的综合角变形，即滑块底平面与工作台板上平面之间的夹角(张口程度)。
本文将在比较现有的几种减小开式压力机角变形的方法的基础上，介绍一种减小角变形的新方法——预设偏载法。
1 减小开式压力机角变形的几种常规措施
在不增加机身重量的限制条件下，为减小开式压力机的角变形，通常采取以下几种措施：
(1)对机身结构进行优化设计
其中包括对机身的三个主要截面进行优化设计，以增加各截面(特别是腰部截面)的惯性矩，并尽量使以上三个截面的形心向机身喉口靠拢。当然，这种优化和“靠拢”不可避免地要受到压力机结构和参数方面的限制。随着计算机技术的广泛应用，对开式压力机机身进行优化设计已不是一项很困难的工作。如美国参数技术公司(PTC)的CAD软件产品Pro/ENGLNEER中的结构分析模块Pro/STRUCTURE，就能够以云图的形式非常直观形象地显示出构件各部位的应力和应变值。
(2)采用高弹性模量的材料制造机身
文献［1］提供的机身角变形计算公式如下：
式中：Δα——机身角变形；
Pg——压力机公称力；
E——机身材料的弹性模量；
L1、L2、L3——垂直通过三个主要截面形心的线段长度(作图得到)；
β——线段L2与L3之间的夹角；
J1、J2、J3——三个主要截面的惯性矩。
由上式可知，机身材料的弹性模量E与机身的角变形Δα成反比。所以，用钢板焊接结构的机身代替铸铁机身对于提高角刚度有显著效果。但是，由于铸造机身可以容易地并且很经济地做出形状复杂的截面，使机身截面的优化工作比较彻底，再加上铸造机身批量成本低以及铸铁有较为良好的吸振降噪性能，故铸造机身仍有其独到的优势。
(3)在开式机身的喉口外侧增设拉杆
其实，这种结构型式已经在向闭式机身靠拢了。其缺点是可能给用户操作带来一些不便。如果用户认为这一缺点可以忽略，那么此法不失为一种简便易行且成本不高的好方法。这种方法在我厂承接的用户特殊定货产品上曾有采用。
2 日本会田公司的预设偏载法及其理论分析
以下介绍一种日本会田公司的独特结构。此结构简单易行，不增加成本，能有效地减小开式压力机的综合角变形。因为，该方法的核心是将主动力的作用线设计为比负载作用线前移一定距离(如10mm)，从而造成设计偏载，所以，称这种方法为预设载荷偏移量法或预设偏载法。在具体设计上，就是将滑块内的球头中心相对于滑块底平面以及工作台板上平面中心前移一定距离。这样，当压力机负载时，滑块将因预设偏载而产生向前颠覆(俗称“低头”，用开式压力机精度术语描述应为“内倾”)的倾向。这种倾向将在一定程度上抵消机身因负载而张口的倾向。因此，该结构不仅对开式压力机的机身角刚度有微弱的改善，而且能够显著地减小开式压力机的综合角变形。
如图所示，矩形块代表处于机身导轨中的滑块。在常规结构中，当滑块负载时，滑块将因机身喉口的张开而后仰，从而使滑块与机身导轨之间的间隙处于图a所示的状态。而采用了预设偏载结构后，由于滑块承受向前的颠覆力矩，滑块将内倾，从而使滑块与机身导轨之间的间隙处于图b所示的状态。从图中可以看出，这两种状态下滑块底平面之间的夹角为Δα′，其值为：
(1)
式中：C——滑块与机身导轨之间的间隙(前后导轨间隙之和)；
L——滑块与机身导轨之间的有效导向长度。
由于的取值极小，根据arctgθ＝θ可得：
Δα′≈2× (2)
采用预设偏载法前后滑块角度的变化
如果机身的角变形为Δα，那么采用预设偏载法后机床的综合角变形则为Δα－Δα′。由此可见，采用预设偏载结构后，开式压力机的综合角变形可减小Δα′。
3 预设偏载法在产品设计中的应用
现以JE21-160型开式压力机的设计为例，计算Δα′值。
取C=0.16mm,L=800mm,则
本例中的JE21-160型压力机实测机身角变形为Δα＝2.1′，所以综合角变形的相对减小量为：
根据ZBJ62.027-89《开式压力机 技术条件》对开式压力机机身角刚度Cα的规定，Cα≥0.001PgkN/μrad，由此可求出当机床承受公称力Pg负载时的机身角变形为：
相对于3.4′的机身角变形，综合角变形的相对减小量为：
从这个产品设计实例可以看出，采用预设偏载法对减小开式压力机的综合角变形的影响是很显著的。该产品已于1997年底通过了江苏省机械工业厅主持的科技成果鉴定。
其实，预设偏载法并未提高机身的角刚度(假如忽略该方法导致的滑块对机身导轨的倾覆力矩的话)，却能够显著减小机床的综合角变形。究其实质，它只是改变了角变形的起始值和终极值，使角变形的起始值为负值(滑块在机身导轨中内倾)，从而显著减小机床角变形的终极值，表现为整机综合角变形的显著减小。
我们所见的这种会田结构是应用在曲轴纵放的开式压力机上，事实上在曲轴横放的开式压力机上更宜采用这种预设偏载法。在曲轴横放的开式压力机上，当滑块开始负载时，连杆尚未达到垂直位置，因而连杆力将有一个水平分力使滑块产生绕负载中心向后的翻转。通过适当地设计偏载，使其被部分抵消，从而改善导轨受力情况和滑块负载行程的品质，并减小综合角变形。实践证明，用预设偏载法减小开式压力机综合角变形不仅在理论上是合理的，而且具有实用价值。
