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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

卸荷輪下端支撐在卸荷梁上，通過偏心輪與滑枕式鏜銑頭進給支架連接，該支架固定在溜板體上，偏心輪與支架中間設計有蝶形彈簧，用來調節卸荷輪的卸荷負載。在該機床 Y 軸運行時，卸荷輪在卸荷梁上滾動，卸荷梁頂面按反撓度曲線［1］加工，卸荷輪在卸荷梁上滾動時將溜板和滑枕式鏜銑頭的重量加載到卸荷梁上，這樣對橫梁體不產生影響，減少了橫梁的變形。橫梁體的導軌加工成直線型，保證了鏜銑頭運行的直線度，從而簡化了零件的加工，方便了橫梁體的裝配，更提高了機床整機的精度和穩定性。

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，鏜銑頭，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。

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，鏜銑頭，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，鏜銑頭廠家，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。