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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

但是目前对超重型数控龙门移动镗铣床中超长横梁刚度优化等研究比较少，因此有必要对其进行进一步研究。

2 超重型数控龙门移动镗铣床横梁有限元优化分析

超重型数控龙门移动镗铣床横梁受力结构为两点简支梁支承，影响横梁变形的因素主要包括: 横梁、溜板和滑枕由于自身重力产生的对横梁的压力及机床所受切削负荷及其本身的热变形等，由于切削负荷和热变形要远小于由于重力产生的变形，因此一般忽略其对横梁变形的影响。除横梁本身的重量外，伺服动力头定做，还要考虑溜板、滑枕式镗铣头等移动部件从横梁一端移动到中部时重力引起横梁的变形。由于在横梁上滑枕式镗铣头是悬臂结构，其重力会引起横梁的向前倾覆。

超重型数控龙门移动镗铣床中横梁上外载荷变化慢，横梁处于静态，因此应用有限元方法来进行静态分析。

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

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。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，海南伺服动力头，O 字型结构横梁除了工艺性能之外，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。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。

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． 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，伺服动力头多少钱，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。减小横梁壁厚和加强肋厚度，从而减少了横梁质量，伺服动力头哪个牌子好，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。