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超重型數控龍門移動鏜銑床橫梁的有限元分析與結構優化

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控龍門移動鏜銑床橫梁結構型式進行有限元仿d真，建立橫梁體三維模型，并結合實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，得到橫梁的應力、應變情況。分散度代表重復定位精度，它和平均值偏差一起構成定位精度，兩者之和是在任意兩點間定位時可能達到的大定位偏差。為能得到超重型數控龍門移動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行有限元分析，通過評估橫梁受力的分析結果，對初步確定設計的橫梁的結構形式進行優化，再在此基礎上改進橫梁體結構，使機床性能符合要求。

文獻［7］基于有限元分析方法預估彈性橫梁靜態承載曲線，進而得到橫梁起拱曲線，并通過實驗對起拱曲線進行驗證。

文獻［8］通過對龍門加工中心橫梁關鍵尺寸的靈敏度分析，找出了對橫梁靜變形量和一階頻率影響較大的尺寸變量，上下壁厚是橫梁結構靜變形量靈敏度大的尺寸，縱向筋板是橫梁結構一階固有頻率靈敏度大的尺寸; 以橫梁靜變形量和一階模態頻率為性能指標，結合靈敏度分析結果，采用變尺寸法對橫梁進行結構優化分析，提高了橫梁的靜動態特性，并降低了橫梁的重量。如何實現鏜銑頭更廣泛的發展一般來說，鏜銑頭主要是與銑床配合使用，終通過對銑刀驅動來完成各種各樣的銑削工作。

文獻［9］中數控龍門機床 8 m 長的橫梁材料采用高強度低合金結構鋼 Q345B，采用焊接工藝加工。利用 ANSYS Workbench 對機床橫梁進行了靜動態有限元分析，在此基礎上進行了拓撲優化設計，并且制造出機床。

文獻［5］考慮了大型龍門機床橫梁部件中各零件間結合面，對其靜剛度進行了有限元分析，理論分析結果有較好的實用價值。

文獻［6］針對數控重型龍門銑床超跨距橫梁由于跨度大質量大，安裝完畢后由于重力和溜板、滑枕作用力會向下彎曲，其中 Z 向導軌面的大撓度可達到1 mm，嚴重影響加工精度的問題，采用對導軌面預起拱的方法來補償橫梁變形對加工精度的影響。如果需要更換機器必須先切斷電源使機器停止工作后在進行更換的操作。對超跨距橫梁 Z 向導軌面起拱曲線進行了設計，并用優化算法對其進行了優化。首先用有限元方法仿d真計算了超跨距橫梁實際工作時的變形，并擬合了橫梁 Z 向導軌變形的變形曲線． 考慮了溜板左右 2 個接觸面對變形曲線的影響，采用優化算法分多種情況設計和優化了起拱曲線。經分析，采用優化算法得到起拱曲線遠優于以往起拱曲線設計方法的效果。通過優化設計，機床銑刀頭水平移動直線度誤差和角度偏差已經遠低于國家標準規定的值。