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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. 3 有限元分析

观察横梁有限元分析的节点位移和变形，滑枕式镗铣头等移到横梁中部时横梁的受力和变形都是大。如图 8 所示，这时横梁受力发生弯曲变形，青岛镗铣动力头，并向前倾覆，大位移为 0． 258 mm。观察这时横梁 Z 轴方向上的节点位移和变形，如图 9 所示，横梁受力发生弯曲变形，Z 轴方向上大位移为 0． 250 mm，这个位移值偏大，要减少。

同时观察这时横梁受力的应力分布，如图 10 所示，横梁因受力变形，应力主要集中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，大应力约为 42 MPa，小于 HT200 材料的许用应力即表 1 中该材料的屈服强度 135 MPa。

镗铣头主传动采用方滑枕水平移动式结构特点

?主轴采用 38CrMoTi 渗氮处理，因此具有足够的硬度及良好精度保持性。  

?为避免主轴高速旋转造成温升而影响精度，对主轴采用喷油冷却以降低发热量，以避免主轴发热变形。  

?主轴采用直流电机与二级变速相结合的方式实现无级变速。  

?方滑枕采取纵向大截面结构，以提高方滑枕的纵向刚度，提高了方滑枕的整体刚度，有利于机床作强力切削。

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，镗铣动力头定做，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，镗铣动力头价格，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。