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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

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。2）如果冷机状态下齿轮油位置低于检视口,镗铣头应给减速机加油。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。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。

文献［4］中数控机床尤其是铣床，横梁是很关键的结构，其设计水平的好坏直接影响整个机床性能。对于横梁的优化主要从两方面考虑: ①在不增加质量的前提下，使横梁上的大变形化，提高横梁的静刚度; ②优化中初阶固有频率不小于设定值，提高横梁的动刚度。优化的具体实施步骤如下: 首先，通过形状及拓扑优化确定横梁佳的截面轮廓和肋板布置方案，得到概念模型; 其次，通过尺寸优化确定合理的外形尺寸和肋板厚度。CAE 软件优化模块可以定义多个设计变量和状态变量，设计变量为自变量，状态变量和目标函数都是设计变量的函数。镗铣头是一种大型单柱立式数控镗铣头，主轴精度高，具有自动换刀、三坐标联动及较宽的机床底座等特点。如横梁结构的长、宽、高尺寸以及筋板厚度等定义为设计变量，横梁结构变形和应力随设计变量的变化而变化，是设计变量的函数，可以定义为状态变量，使结构重量化定义为目标函数。

1 大型龙门机床横梁研究进展

横梁是超重型数控龙门移动镗铣床中的主要支承部件，横梁结构的好坏直接影响到机床的使用性能和制造成本。要提高机床的加工效率、精度，必须考虑机床结构中横梁的刚度等静态特性。国内外在机床横梁研究方面主要采用有限元分析方法，对机床横梁结构刚度进行评估。在平常使用中，要清除机床外表的污垢、锈蚀等，要确保外表没锈蚀没黄斑。

在数控龙门机床横梁体结构设计过程中，文献［2］中有横梁体板筋形式、横梁体截面形状及导轨的分布形式可以参考。文献［3］中不同筋板结构的横梁抗弯、抗扭能力不同，O 字型结构横梁除了工艺性能优越之外，抗弯抗扭性能也比其他横梁好，而且各阶固有频率也比其他结构横梁各阶固有频率高。通过改变横梁体的结构形式，如: 改变横梁体截面的长度和宽度、内腔筋板的结构形式、横梁导轨的尺寸大小和厚度、横梁体的壁厚和关键部位筋板的壁厚等，来提高横梁体刚性等性能。主轴电动机具有高功率和高性能，可以实现从低转速向高转速的过度，其钻孔攻牙主轴头属于动力部件，不仅能进行钻孔、攻牙作业，也能与多轴器配合使用提升工作效率，可用于对精度要求较高的加工需求。