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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

2. 5 结果分析

通过超重型数控龙门移动镗铣床横梁有限元优化分析结果表 2，观察其位移和应力结果是比较好的。而龙门镗铣头也叫镗铣动力头，主要是由主轴、滑枕部分、进给部分、平衡油缸以及主传动箱几个主要结构组成，其中，主轴锥孔是气动拉刀，使用的油泵可以和机器上的油泵站通用。其次在溜板与横梁的接触面、丝杠螺母安装处和立柱与横梁接触的内侧下方处有一定的应力集中，但是都比较小，可以考虑加强横梁***上端辅助导轨的强度来降低其大应力。

横梁大位移发生在横梁主导轨面外边缘上与溜板等接触的位置，优化后大位移值为 0． 192 mm。设计开发卸荷梁与卸荷轮装置来彻底d解决该机床超长横梁受力后位移问题，卸荷梁与卸荷轮装置用于消除溜板和滑枕式镗铣头重力对横梁体位移的影响。跟着机械化进程不断加剧，数控编程开始广泛应用与于机床类操纵，极大的开释了劳动力。主导轨面横梁向前倾覆比较小，但由于横梁***上面辅助导轨向前的弯曲会造成溜板等向前倾覆位移增加，所以在横梁上增加了一条防倾镶钢导轨，同时加强横梁***上面辅助导轨的刚度，减少了滑枕式镗铣头的前倾位移。

2． 4 横梁有限元优化

对超重型数控龙门移动镗铣床横梁进行结构优化设计。应用 Siemens PLM Software NX7． 5 软件进行横梁有限元优化设计［10 － 11］，对原横梁结构进行减轻重量，从而达到横梁结构轻量化设计的目标。创建求解方案，选择 NX NASTＲAN 有限元优化模块进行横梁优化设计。可以铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外，还能加工较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部分得到广泛应用。减小横梁壁厚和加强肋厚度，从而减少了横梁质量，具体在横梁质量减少 2． 5% 的情况下对机床横梁静特性进行了有限元优化设计。表 2 为优化前后横梁静特性对比，可见在横梁质量减少了 2． 5% 的情况下，优化设计后横梁的大位移从 0． 25 mm 减小到0． 192 mm，即横梁的大位移减少了 23． 2% ; 也就是说在横梁载荷不变的情况下横梁的静刚度提高了23． 2% ，有明显效果。

1 大型龙门机床横梁研究进展

横梁是超重型数控龙门移动镗铣床中的主要支承部件，横梁结构的好坏直接影响到机床的使用性能和制造成本。要提高机床的加工效率、精度，必须考虑机床结构中横梁的刚度等静态特性。使用时操作人员应穿戴好保护设备，防止发生***，认真检查各个部件的运行状况，并清除干净周边的障碍物，确认安全后再使用。国内外在机床横梁研究方面主要采用有限元分析方法，对机床横梁结构刚度进行评估。

在数控龙门机床横梁体结构设计过程中，文献［2］中有横梁体板筋形式、横梁体截面形状及导轨的分布形式可以参考。文献［3］中不同筋板结构的横梁抗弯、抗扭能力不同，O 字型结构横梁除了工艺性能优越之外，抗弯抗扭性能也比其他横梁好，而且各阶固有频率也比其他结构横梁各阶固有频率高。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2．1建立横梁体三维模型分析中初步确定横梁体截面结构形式及尺寸［1］，如图2所示。通过改变横梁体的结构形式，如: 改变横梁体截面的长度和宽度、内腔筋板的结构形式、横梁导轨的尺寸大小和厚度、横梁体的壁厚和关键部位筋板的壁厚等，来提高横梁体刚性等性能。