作 者：潘殿生，潘志华，阮康平，佘健
关键词：机械制造；机械补偿；折弯机；数值模拟
摘 要：本文采用三维弹性接触有限元法对折弯机机械补偿装置补偿过程进行数值模拟，得到工作台上表面变形挠度曲线。通过与滑块下表面变形曲线的比较，修正机械补偿装置的设计尺寸，使得工作台和滑块的变形曲线有较高的吻合度，保证了折弯机的加工精度，对机械补偿装置设计有较大指导意义。
1 引言
折弯机在折弯工件的过程中，滑块两端受到巨大的工作压力，导致滑块下表面产生凸形形变，影响折弯机的工作精度。为了消除滑块变形带来的不利影响，需要对滑块的挠度变形进行补偿，机械补偿通过电机驱动工作主板上的波浪形斜楔，使得工作台中部产生向上的弹性变形。工作台的变形抵消了机床滑块的变形，保证了加工结合面的精度，提高了工件的加工质量。
文献计算了机械补偿装置对工作台的最大补偿效果，但并未分析工作台被补偿之后，上表面挠度曲线和滑块下表面挠度曲线吻合程度。工作台上表面和滑块下表面结合面的贴合度对被加工件的加工精度有着直接的影响，所以在机械补偿装置的设计过程中，需要控制补偿装置各段补偿量的大小，使得补偿后的工作台上表面挠度曲线能够最大程度地与滑块下表面挠度曲线吻合。
这里以折弯机加工3.2m工件为例，对其机械补偿装置补偿过程进行数值模拟，研究了机械补偿装置的补偿量及工作台上表面的挠度曲线，得到机械补偿装置的补偿规律。并通过与滑块下表面挠度曲线的比较，修正机械补偿装置的设计尺寸，使得工作台和滑块的变形曲线有较高的吻合度，保证了加工结合面精度，对机械补偿装置设计有较大指导意义。
2 机械补偿设计
2.1 补偿原理
机械补偿装置由上、下垫板和工作台组成，三者通过碟形弹簧和螺栓连接。上、下垫板由多段不同斜率的斜楔组成，下面取其一段波形斜楔说明机械补偿原理。
如图1所示，上、下垫板在A、B 处的斜率分别是相同的，补偿前，它们是完全贴合在一起的，需要补偿的时候，下垫板在电机的驱动下沿图1所示方向运动，上、下垫板在A处仍然贴合在一起，在B处已分开，上垫板被下垫板顶起，如图2所示。由于上、下垫板各段斜率不同，上垫板将在下垫板的作用下发生向上的凸形弹性形变，随着下垫板沿图1 所示方向运动，补偿量也逐步增大。
由图5可知，经过补偿后的工作台和滑块的最大变形量相当，能起到补偿效果。但在工作台长度方向上的1m和2.2m附近，经过补偿后的工作台比滑块的变形量要小很多，补偿量不够。需要调整下垫板上升段的斜楔角度，使得图5中的两条挠度曲线尽量重合。经过数次计算、调整后，下垫板各段斜楔上升段的最终尺寸如表2所示。
此时，滑块下表面和工作台上表面铅垂方向变形挠度曲线图如图6所示。相比图5，滑块和工作台的挠度曲线吻合度比初始设计的提高了很多，滑块和工作台贴合面0.03mm，而且属于过盈补偿，对加工精度的影响甚微，有效地补偿滑块由于工作压力产生的变形。
4 结论
通过有限元软件ANSYS对机械补偿装置进行了数值模拟，研究了补偿装置的变形规律。发现工作台在补偿之后产生的变形曲线与上、下垫板每段波形斜楔的长度及斜率有关。通过调整上、下垫板每段波形斜楔的斜率，使得补偿之后工作台和滑块的变形曲线有着较高的吻合度，提高了折弯机的加工精度。数值模拟的应用，在机械补偿装置的设计过程中，起到了很好的指导作用。
