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超重型數(shù)控龍門移動(dòng)鏜銑床橫梁的有限元分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

結(jié)合超重型數(shù)控龍門移動(dòng)鏜銑床中橫梁與立柱、絲杠螺母副的實(shí)際裝配情況，對相應(yīng)接觸面進(jìn)行約束其對應(yīng)的自由度，約束條件為橫梁兩端固定，動(dòng)梁橫梁體自由度約束見圖 6 所示。橫梁的邊界條件和受力橫梁的上下運(yùn)動(dòng)( Z 向) 是通過絲杠驅(qū)動(dòng)。通過壓板，橫梁緊貼在立柱的導(dǎo)軌面，靜壓導(dǎo)軌接觸面處由靜壓油支撐，靜壓油支撐剛度大。因此，在橫梁上下移動(dòng)的情況下，其 X 向接觸面和 Z 向接觸面完全固定，在有限元建模中，此處 X 方向和 Z 方向施加單方向的約束。橫梁 Y 方向兩端運(yùn)動(dòng)固定，因此，在有限元模型中約束也按照實(shí)際情況施加。

溜板與滑枕通過絲杠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可在橫梁上左右移動(dòng)( 見圖 1) ，在單個(gè)導(dǎo)軌面上溜板與橫梁有左右 2 個(gè)接觸面，同立柱導(dǎo)軌一樣，橫梁靜壓導(dǎo)軌的各接觸面也均為靜壓油支撐，通過壓板等可保證溜板緊貼橫梁的導(dǎo)軌面。

超重型數(shù)控龍門移動(dòng)鏜銑床橫梁的有限元分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

本文利用 CAD/CAE /CAM 集成軟件 Siemens PLMSoftware NX7． 5 對上述確定的超重型數(shù)控龍門移動(dòng)鏜銑床橫梁結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行有限元仿d真，建立橫梁體三維模型，并結(jié)合實(shí)際工況建立有限元模型，約束條件為橫梁兩端固定，分析橫梁體受自重、溜板和鏜銑頭滑枕等重力作用下的變形情況，得到橫梁的應(yīng)力、應(yīng)變情況。為能得到超重型數(shù)控龍門移動(dòng)鏜銑床橫梁部件靜變形，本文分別從橫梁的彎曲變形、鏜銑頭主軸箱的前傾等方面進(jìn)行有限元分析，通過評估橫梁受力的分析結(jié)果，對初步確定設(shè)計(jì)的橫梁的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行優(yōu)化，再在此基礎(chǔ)上改進(jìn)橫梁體結(jié)構(gòu)，使機(jī)床性能符合要求。

超重型數(shù)控龍門移動(dòng)鏜銑床橫梁的有限元分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

1 大型龍門機(jī)床橫梁研究進(jìn)展

橫梁是超重型數(shù)控龍門移動(dòng)鏜銑床中的主要支承部件，橫梁結(jié)構(gòu)的好壞直接影響到機(jī)床的使用性能和制造成本。要提高機(jī)床的加工效率、精度，必須考慮機(jī)床結(jié)構(gòu)中橫梁的剛度等靜態(tài)特性。國內(nèi)外在機(jī)床橫梁研究方面主要采用有限元分析方法，對機(jī)床橫梁結(jié)構(gòu)剛度進(jìn)行評估。

在數(shù)控龍門機(jī)床橫梁體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，文獻(xiàn)［2］中有橫梁體板筋形式、橫梁體截面形狀及導(dǎo)軌的分布形式可以參考。文獻(xiàn)［3］中不同筋板結(jié)構(gòu)的橫梁抗彎、抗扭能力不同，O 字型結(jié)構(gòu)橫梁除了工藝性能優(yōu)越之外，抗彎抗扭性能也比其他橫梁好，而且各階固有頻率也比其他結(jié)構(gòu)橫梁各階固有頻率高。通過改變橫梁體的結(jié)構(gòu)形式，如: 改變橫梁體截面的長度和寬度、內(nèi)腔筋板的結(jié)構(gòu)形式、橫梁導(dǎo)軌的尺寸大小和厚度、橫梁體的壁厚和關(guān)鍵部位筋板的壁厚等，來提高橫梁體剛性等性能。