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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

某超重型数控动梁龙门移动镗铣床正视图及各轴方向如图 1 所示［1］，其机床基础件如床身、滑座、立柱、横梁、工作台等基础件均采用树脂砂造型高强度铸铁，并经时效处理，钻削动力头供应商，连接梁采用高刚性焊接件。龙门框架由左右立柱、连接梁等组成，左右立柱上端与连接梁紧固连接，立柱下端直接与滑座紧固连接，形成高刚度的龙门框架结构。图 1 中 Y 轴: 横梁与溜板，钻削动力头厂家，Z 轴:溜板与滑枕。动梁龙门横梁上配置有一个大功率的交流调速滑枕式镗铣头，滑枕式镗铣头通过溜板与横梁连接。

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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，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。

让我们来看看镗铣头的组成部分

镗铣头的主要部件包括：主轴、滑枕部件、进给部件、平衡油缸和主传动箱。

1、主轴部件，主轴锥孔为气动拉刀，油泵站可以和整机上的油泵站通用。

2、滑枕部件，方滑枕是装在主轴箱内的，它可以在箱体内上下移动，箱体合作面的工面为导轨板，工面的作用是调整空隙，确保方滑枕能够上下自如的移动，并且还具备一定的刚性。

3、进给组织，方滑枕可以实现上下进给移动，并依靠滚珠丝杆进行转变，在箱体上面还安有进给箱，减速器上安装有伺服电机。传动箱设置有两档变速：快档和慢档。

4、平衡油缸：平衡油缸位于方滑枕的两头，由于平衡方滑枕上下的轻重不一样，zui好不要来回调集。该平衡油缸由液压站供油，接到油缸的端部。

镗铣头主轴旋转由电力，进给及控制由压缩空气压力进行的性能价格比zui的钻削装置，根据加工条件可以从丰富的机种中选择zui适合的型号。镗铣动力头主轴电动机采用了、高功率的电动机、具有从低转速到高转速广泛的类型。钻孔攻牙主轴头属动力部件，可进行钻孔、攻牙作业，天津钻削动力头，也可以装配装多轴器用以提升效率，满足精度要求较高之产品加的需求，产品可配作自动化作业模式。