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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

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。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。

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

运用 Siemens PLM Software NX7． 5 软件建立溜板、镗铣头滑枕等三维实体模型。由于设计真主要分析的目的为横梁体在受力情况下的变形情况，并且考虑到模型的大小和计算机的计算量，将溜板、滑枕式镗铣头等三维模型简化为0D 集中质量单元，并采用1D 单元连接，具体简化模型如图 5 所示。

横梁 体 采 用 铸 铁 材 料 HT200，在 Siemens PLMSoftware NX7． 5 软件材料库中选用相应材料参数，如表 1 所示。

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

文献［5］考虑了大型龙门机床横梁部件中各零件间结合面，对其静刚度进行了有限元分析，理论分析结果有较好的实用价值。

文献［6］针对数控重型龙门铣床超跨距横梁由于跨度大质量大，安装完毕后由于重力和溜板、滑枕作用力会向下弯曲，其中 Z 向导轨面的大挠度可达到1 mm，严重影响加工精度的问题，采用对导轨面预起拱的方法来补偿横梁变形对加工精度的影响。对超跨距横梁 Z 向导轨面起拱曲线进行了设计，并用优化算法对其进行了优化。首先用有限元方法仿d真计算了超跨距横梁实际工作时的变形，并拟合了横梁 Z 向导轨变形的变形曲线． 考虑了溜板左右 2 个接触面对变形曲线的影响，采用优化算法分多种情况设计和优化了起拱曲线。经分析，采用优化算法得到起拱曲线远优于以往起拱曲线设计方法的效果。通过优化设计，机床铣刀头水平移动直线度误差和角度偏差已经远低于国家标准规定的值。