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2020-11-04
超重型數(shù)控龍門移動(dòng)鏜銑床橫梁的有限元分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化
結(jié)合超重型數(shù)控龍門移動(dòng)鏜銑床中橫梁與立柱、絲杠螺母副的實(shí)際裝配情況，對(duì)相應(yīng)接觸面進(jìn)行約束其對(duì)應(yīng)的自由度，約束條件為橫梁兩端固定，動(dòng)梁橫梁體自由度約束見圖 6 所示。橫梁的邊界條件和受力橫梁的上下運(yùn)動(dòng)( Z 向) 是通過絲杠驅(qū)動(dòng)。超重型數(shù)控龍門移動(dòng)鏜銑床橫梁的有限元分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化通過SiemensPLMSoftwareNX7．5軟件三維有限元仿d真優(yōu)化分析，得到滿足相關(guān)要求的超重型數(shù)控龍門移動(dòng)鏜銑床橫梁體的結(jié)構(gòu)形式與尺寸。通過壓板，橫梁緊貼在立柱的導(dǎo)軌面，靜壓導(dǎo)軌接觸面處由靜壓油支撐，靜壓油支撐剛度大。因此，在橫梁上下移動(dòng)的情況下，其 X 向接觸面和 Z 向接觸面完全固定，在有限元建模中，此處 X 方向和 Z 方向施加單方向的約束。橫梁 Y 方向兩端運(yùn)動(dòng)固定，因此，在有限元模型中約束也按照實(shí)際情況施加。
溜板與滑枕通過絲杠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可在橫梁上左右移動(dòng)( 見圖 1) ，在單個(gè)導(dǎo)軌面上溜板與橫梁有左右 2 個(gè)接觸面，同立柱導(dǎo)軌一樣，橫梁靜壓導(dǎo)軌的各接觸面也均為靜壓油支撐，通過壓板等可保證溜板緊貼橫梁的導(dǎo)軌面。
但是目前對(duì)超重型數(shù)控龍門移動(dòng)鏜銑床中超長(zhǎng)橫梁剛度優(yōu)化等研究比較少，因此有必要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步研究。
2 超重型數(shù)控龍門移動(dòng)鏜銑床橫梁有限元優(yōu)化分析
超重型數(shù)控龍門移動(dòng)鏜銑床橫梁受力結(jié)構(gòu)為兩點(diǎn)簡(jiǎn)支梁支承，影響橫梁變形的因素主要包括: 橫梁、溜板和滑枕由于自身重力產(chǎn)生的對(duì)橫梁的壓力及機(jī)床所受切削負(fù)荷及其本身的熱變形等，由于切削負(fù)荷和熱變形要遠(yuǎn)小于由于重力產(chǎn)生的變形，因此一般忽略其對(duì)橫梁變形的影響。除橫梁本身的重量外，還要考慮溜板、滑枕式鏜銑頭等移動(dòng)部件從橫梁一端移動(dòng)到中部時(shí)重力引起橫梁的變形。鏜銑頭出現(xiàn)異響的正確解決方法機(jī)器在使用久了以后出現(xiàn)一些小小的問題是在所難免，鏜銑頭也同樣不例外。由于在橫梁上滑枕式鏜銑頭是懸臂結(jié)構(gòu)，其重力會(huì)引起橫梁的向前傾覆。
超重型數(shù)控龍門移動(dòng)鏜銑床中橫梁上外載荷變化慢，橫梁處于靜態(tài)，因此應(yīng)用有限元方法來進(jìn)行靜態(tài)分析。
橫梁導(dǎo)軌由兩條主( 正) 導(dǎo)軌，一條側(cè)導(dǎo)軌及若干輔助導(dǎo)軌組成。根據(jù)超重型數(shù)控龍門移動(dòng)鏜銑床的技術(shù)規(guī)格及參數(shù)要求，移動(dòng)龍門兩立柱之間的跨距要求為 10 m，動(dòng)梁龍門 Y 軸行程為 12 m。因此，設(shè)計(jì)動(dòng)梁橫梁體總長(zhǎng)度為 14 m。鏜銑頭主軸電機(jī)采用了高性能、高功率的電機(jī)，可以有低轉(zhuǎn)速到高轉(zhuǎn)速的多種轉(zhuǎn)速。如此長(zhǎng)的橫梁體結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)橫梁結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)不能滿足其性能規(guī)格要求。高剛性是超重型數(shù)控龍門移動(dòng)鏜銑床橫梁體設(shè)計(jì)過程中的關(guān)鍵之一，特別是動(dòng)梁龍門上的橫梁體，還要相對(duì)工件在立柱導(dǎo)軌上移動(dòng)，對(duì)其性能要求就更高。一般橫梁的變形會(huì)隨溜板和滑枕在橫梁上不同位置而發(fā)生改變。
