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超重型数控龙门移动镗铣床横梁的有限元分析与结构优化

本文利用 CAD/CAE /CAM 集成软件 Siemens PLMSoftware NX7． 5 对上述确定的超重型数控龙门移动镗铣床横梁结构型式进行有限元仿d真，建立横梁体三维模型，并结合实际工况建立有限元模型，约束条件为横梁两端固定，分析横梁体受自重、溜板和镗铣头滑枕等重力作用下的变形情况，得到横梁的应力、应变情况。分散度代表重复定位精度，它和平均值偏差一起构成定位精度，两者之和是在任意两点间定位时可能达到的大定位偏差。为能得到超重型数控龙门移动镗铣床横梁部件静变形，本文分别从横梁的弯曲变形、镗铣头主轴箱的前倾等方面进行有限元分析，通过评估横梁受力的分析结果，对初步确定设计的横梁的结构形式进行优化，再在此基础上改进横梁体结构，使机床性能符合要求。

文献［7］基于有限元分析方法预估弹性横梁静态承载曲线，进而得到横梁起拱曲线，并通过实验对起拱曲线进行验证。

文献［8］通过对龙门加工中心横梁关键尺寸的灵敏度分析，找出了对横梁静变形量和一阶频率影响较大的尺寸变量，上下壁厚是横梁结构静变形量灵敏度大的尺寸，纵向筋板是横梁结构一阶固有频率灵敏度大的尺寸; 以横梁静变形量和一阶模态频率为性能指标，结合灵敏度分析结果，采用变尺寸法对横梁进行结构优化分析，提高了横梁的静动态特性，并降低了横梁的重量。如何实现镗铣头更广泛的发展一般来说，镗铣头主要是与铣床配合使用，终通过对铣刀驱动来完成各种各样的铣削工作。

文献［9］中数控龙门机床 8 m 长的横梁材料采用高强度低合金结构钢 Q345B，采用焊接工艺加工。利用 ANSYS Workbench 对机床横梁进行了静动态有限元分析，在此基础上进行了拓扑优化设计，并且制造出机床。

文献［5］考虑了大型龙门机床横梁部件中各零件间结合面，对其静刚度进行了有限元分析，理论分析结果有较好的实用价值。

文献［6］针对数控重型龙门铣床超跨距横梁由于跨度大质量大，安装完毕后由于重力和溜板、滑枕作用力会向下弯曲，其中 Z 向导轨面的大挠度可达到1 mm，严重影响加工精度的问题，采用对导轨面预起拱的方法来补偿横梁变形对加工精度的影响。如果需要更换机器必须先切断电源使机器停止工作后在进行更换的操作。对超跨距横梁 Z 向导轨面起拱曲线进行了设计，并用优化算法对其进行了优化。首先用有限元方法仿d真计算了超跨距横梁实际工作时的变形，并拟合了横梁 Z 向导轨变形的变形曲线． 考虑了溜板左右 2 个接触面对变形曲线的影响，采用优化算法分多种情况设计和优化了起拱曲线。经分析，采用优化算法得到起拱曲线远优于以往起拱曲线设计方法的效果。通过优化设计，机床铣刀头水平移动直线度误差和角度偏差已经远低于国家标准规定的值。