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2020-11-04
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
卸荷轮下端支撑在卸荷梁上，通过偏心轮与滑枕式镗铣头进给支架连接，该支架固定在溜板体上，偏心轮与支架中间设计有蝶形弹簧，用来调节卸荷轮的卸荷负载。在该机床 Y 轴运行时，卸荷轮在卸荷梁上滚动，卸荷梁顶面按反挠度曲线［1］加工，卸荷轮在卸荷梁上滚动时将溜板和滑枕式镗铣头的重量加载到卸荷梁上，这样对横梁体不产生影响，减少了横梁的变形。龙门镗铣头zui大的优点是改善和扩大了卧铣的功能，同时也扩大了镗床在实际工作中的加工范围。横梁体的导轨加工成直线型，保证了镗铣头运行的直线度，从而简化了零件的加工，方便了横梁体的装配，更提高了机床整机的精度和稳定性。
结合超重型数控龙门移动镗铣床中横梁与立柱、丝杠螺母副的实际装配情况，对相应接触面进行约束其对应的自由度，约束条件为横梁两端固定，动梁横梁体自由度约束见图 6 所示。横梁的边界条件和受力横梁的上下运动( Z 向) 是通过丝杠驱动。应用SiemensPLMSoftwareNX7．5软件进行横梁有限元优化设计［10－11］，对原横梁结构进行减轻重量，从而达到横梁结构轻量化设计的目标。通过压板，横梁紧贴在立柱的导轨面，静压导轨接触面处由静压油支撑，静压油支撑刚度大。因此，在横梁上下移动的情况下，其 X 向接触面和 Z 向接触面完全固定，在有限元建模中，此处 X 方向和 Z 方向施加单方向的约束。横梁 Y 方向两端运动固定，因此，在有限元模型中约束也按照实际情况施加。
溜板与滑枕通过丝杠驱动系统可在横梁上左右移动( 见图 1) ，在单个导轨面上溜板与横梁有左右 2 个接触面，同立柱导轨一样，横梁静压导轨的各接触面也均为静压油支撑，通过压板等可保证溜板紧贴横梁的导轨面。
2． 2 建立横梁体有限元模型
运用 Siemens PLM Software NX7． 5 软件高de 级分析模块建立横梁有限元分析模型，为了减少有限元网格数量和歧异网格的生成，针对横梁体上对分析结果影响不大的圆角、小孔和台阶等结构作一定的简化处理( 即忽略不计) ; 采用 10 节点四面体有限单元网格对横梁体有限元模型进行网格划分，划分结果为: 横梁部件中的单元数目为 328 149，节点数目为 397 719。镗铣头是机床中常使用，同时也是为核心和技术含量比较高的部件之一，因此在使用过程中人们一定要注意随时保养，这样才可以维护设备性能，同时还可以延长其使用寿命。横梁体有限元划分结构如图 4 所示。
