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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

文献［4］中数控机床尤其是铣床，横梁是很关键的结构，其设计水平的好坏直接影响整个机床性能。对于横梁的优化主要从两方面考虑: ①在不增加质量的前提下，使横梁上的大变形化，提高横梁的静刚度; ②优化中初阶固有频率不小于设定值，提高横梁的动刚度。优化的具体实施步骤如下: 首先，通过形状及拓扑优化确定横梁佳的截面轮廓和肋板布置方案，得到概念模型; 其次，通过尺寸优化确定合理的外形尺寸和肋板厚度。CAE 软件优化模块可以定义多个设计变量和状态变量，设计变量为自变量，状态变量和目标函数都是设计变量的函数。如横梁结构的长、宽、高尺寸以及筋板厚度等定义为设计变量，横梁结构变形和应力随设计变量的变化而变化，是设计变量的函数，可以定义为状态变量，使结构重量化定义为目标函数。

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

结合超重型数控龙门移动镗铣床中横梁与立柱、丝杠螺母副的实际装配情况，对相应接触面进行约束其对应的自由度，约束条件为横梁两端固定，动梁横梁体自由度约束见图 6 所示。横梁的边界条件和受力横梁的上下运动( Z 向) 是通过丝杠驱动。通过压板，横梁紧贴在立柱的导轨面，静压导轨接触面处由静压油支撑，静压油支撑刚度大。因此，在横梁上下移动的情况下，其 X 向接触面和 Z 向接触面完全固定，在有限元建模中，此处 X 方向和 Z 方向施加单方向的约束。横梁 Y 方向两端运动固定，因此，镗铣头生产厂家，在有限元模型中约束也按照实际情况施加。

溜板与滑枕通过丝杠驱动系统可在横梁上左右移动( 见图 1) ，在单个导轨面上溜板与横梁有左右 2 个接触面，精密镗铣头，同立柱导轨一样，横梁静压导轨的各接触面也均为静压油支撑，通过压板等可保证溜板紧贴横梁的导轨面。

龙门镗铣头镗与铣的区别

　　在现代机床行业中，龙门镗铣头是一种不可或缺的机床附件，主要应用于铣床上，在了解龙门镗铣头之前，让我们先来看看铣床这一种机床种类都有哪些作用。顾名思义，铣床是用于对工件进行铣削加工的机床，既可以铣削工件平面，对工件进行沟槽、轮齿、螺纹和花键轴，同时还能够加工一些比较复杂的型面，具有结构简单、操作方便、安全可靠等优势，被广泛适用于机械制造行业中。

　　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；滑枕部分是安装在主轴箱里面，可以在箱体中上下移动，有一定的刚性；进给部分可以实现进给移动，使用滚珠丝杆转变，安装上进给箱，在伺服电机和减速机的作用下，方滑枕镗铣头，可以有获得快档和慢档的进给；平衡油缸是安装在方滑枕两端，由液压站供油，接到油缸端部。

　　从龙门镗铣头的字面上来看，“镗”和“铣”是两个完全不同的概念，其中“铣削”，一般是指用刀盘或者棒铣刀（也叫立铣刀）进行的加工，这种刀属于通用刀具；而“镗削”则是指在镗刀杆上装上镗刀进行加工，这种镗刀通常是手工刃磨的，叶就是非标刀具。有时候我们在加工有特殊要求的通孔时，还会用到粗铣后精镗和粗镗后精镗两种方式，这两种工艺的区别在于，粗铣后的精镗效率稍高，而粗镗后精镗加工的形位公差较高。简而言之，铣是平面加工，镗铣头，镗是内部加工。

　　龙门镗铣头***大的优点是改善和扩大了卧铣的功能，同时也扩大了镗床在实际工作中的加工范围。立铣头结构独特，像是它的主轴刚性强，传送功率大，可以适用于维修和加工生产等，它是一种机械方式的快装快换立铣头，可以进行平面，沟槽等等的加工。在使用方面，范围广泛，更加方便，操作灵活等实现了一机多用。

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