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。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通过SiemensPLMSoftwareNX7．5软件三维有限元仿d真优化分析，得到满足相关要求的超重型数控龙门移动镗铣床横梁体的结构形式与尺寸。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。

但是目前对超重型数控龙门移动镗铣床中超长横梁刚度优化等研究比较少，因此有必要对其进行进一步研究。

2 超重型数控龙门移动镗铣床横梁有限元优化分析

超重型数控龙门移动镗铣床横梁受力结构为两点简支梁支承，影响横梁变形的因素主要包括: 横梁、溜板和滑枕由于自身重力产生的对横梁的压力及机床所受切削负荷及其本身的热变形等，由于切削负荷和热变形要远小于由于重力产生的变形，因此一般忽略其对横梁变形的影响。除横梁本身的重量外，还要考虑溜板、滑枕式镗铣头等移动部件从横梁一端移动到中部时重力引起横梁的变形。镗铣头出现异响的正确解决方法机器在使用久了以后出现一些小小的问题是在所难免，镗铣头也同样不例外。由于在横梁上滑枕式镗铣头是悬臂结构，其重力会引起横梁的向前倾覆。

超重型数控龙门移动镗铣床中横梁上外载荷变化慢，横梁处于静态，因此应用有限元方法来进行静态分析。

横梁导轨由两条主( 正) 导轨，一条侧导轨及若干辅助导轨组成。根据超重型数控龙门移动镗铣床的技术规格及参数要求，移动龙门两立柱之间的跨距要求为 10 m，动梁龙门 Y 轴行程为 12 m。因此，设计动梁横梁体总长度为 14 m。镗铣头主轴电机采用了高性能、高功率的电机，可以有低转速到高转速的多种转速。如此长的横梁体结构，传统横梁结构形式已经不能满足其性能规格要求。高刚性是超重型数控龙门移动镗铣床横梁体设计过程中的关键之一，特别是动梁龙门上的横梁体，还要相对工件在立柱导轨上移动，对其性能要求就更高。一般横梁的变形会随溜板和滑枕在横梁上不同位置而发生改变。