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超重型數控龍門移動鏜銑床橫梁的有限元分析與結構優化

2． 2 建立橫梁體有限元模型

運用 Siemens PLM Software NX7． 5 軟件高de 級分析模塊建立橫梁有限元分析模型，為了減少有限元網格數量和歧異網格的生成，針對橫梁體上對分析結果影響不大的圓角、小孔和臺階等結構作一定的簡化處理( 即忽略不計) ; 采用 10 節點四面體有限單元網格對橫梁體有限元模型進行網格劃分，劃分結果為: 橫梁部件中的單元數目為 328 149，節點數目為 397 719。橫梁體有限元劃分結構如圖 4 所示。

超重型數控龍門移動鏜銑床橫梁的有限元分析與結構優化

文獻［5］考慮了大型龍門機床橫梁部件中各零件間結合面，對其靜剛度進行了有限元分析，理論分析結果有較好的實用價值。

文獻［6］針對數控重型龍門銑床超跨距橫梁由于跨度大質量大，安裝完畢后由于重力和溜板、滑枕作用力會向下彎曲，其中 Z 向導軌面的大撓度可達到1 mm，嚴重影響加工精度的問題，采用對導軌面預起拱的方法來補償橫梁變形對加工精度的影響。對超跨距橫梁 Z 向導軌面起拱曲線進行了設計，并用優化算法對其進行了優化。首先用有限元方法仿d真計算了超跨距橫梁實際工作時的變形，并擬合了橫梁 Z 向導軌變形的變形曲線． 考慮了溜板左右 2 個接觸面對變形曲線的影響，采用優化算法分多種情況設計和優化了起拱曲線。經分析，采用優化算法得到起拱曲線遠優于以往起拱曲線設計方法的效果。通過優化設計，機床銑刀頭水平移動直線度誤差和角度偏差已經遠低于國家標準規定的值。

超重型數控龍門移動鏜銑床橫梁的有限元分析與結構優化

1 大型龍門機床橫梁研究進展

橫梁是超重型數控龍門移動鏜銑床中的主要支承部件，橫梁結構的好壞直接影響到機床的使用性能和制造成本。要提高機床的加工效率、精度，必須考慮機床結構中橫梁的剛度等靜態特性。國內外在機床橫梁研究方面主要采用有限元分析方法，對機床橫梁結構剛度進行評估。

在數控龍門機床橫梁體結構設計過程中，文獻［2］中有橫梁體板筋形式、橫梁體截面形狀及導軌的分布形式可以參考。文獻［3］中不同筋板結構的橫梁抗彎、抗扭能力不同，O 字型結構橫梁除了工藝性能優越之外，抗彎抗扭性能也比其他橫梁好，而且各階固有頻率也比其他結構橫梁各階固有頻率高。通過改變橫梁體的結構形式，如: 改變橫梁體截面的長度和寬度、內腔筋板的結構形式、橫梁導軌的尺寸大小和厚度、橫梁體的壁厚和關鍵部位筋板的壁厚等，來提高橫梁體剛性等性能。