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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

2. 5 結果分析

通過超重型數控龍門移動鏜銑床橫梁有限元優化分析結果表 2，觀察其位移和應力結果是比較好的。其次在溜板與橫梁的接觸面、絲杠螺母安裝處和立柱與橫梁接觸的內側下方處有一定的應力集中，但是都比較小，可以考慮加強橫梁上端輔助導軌的強度來降低其大應力。

橫梁大位移發生在橫梁主導軌面外邊緣上與溜板等接觸的位置，優化后大位移值為 0． 192 mm。設計開發卸荷梁與卸荷輪裝置來徹底d解決該機床超長橫梁受力后位移問題，卸荷梁與卸荷輪裝置用于消除溜板和滑枕式鏜銑頭重力對橫梁體位移的影響。主導軌面橫梁向前傾覆比較小，但由于橫梁上面輔助導軌向前的彎曲會造成溜板等向前傾覆位移增加，所以在橫梁上增加了一條防傾鑲鋼導軌，同時加強橫梁上面輔助導軌的剛度，減少了滑枕式鏜銑頭的前傾位移。

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

2． 4 橫梁有限元優化

對超重型數控龍門移動鏜銑床橫梁進行結構優化設計。應用 Siemens PLM Software NX7． 5 軟件進行橫梁有限元優化設計［10 － 11］，對原橫梁結構進行減輕重量，從而達到橫梁結構輕量化設計的目標。創建求解方案，選擇 NX NASTＲAN 有限元優化模塊進行橫梁優化設計。減小橫梁壁厚和加強肋厚度，從而減少了橫梁質量，具體在橫梁質量減少 2． 5% 的情況下對機床橫梁靜特性進行了有限元優化設計。表 2 為優化前后橫梁靜特性對比，可見在橫梁質量減少了 2． 5% 的情況下，優化設計后橫梁的大位移從 0． 25 mm 減小到0． 192 mm，即橫梁的大位移減少了 23． 2% ; 也就是說在橫梁載荷不變的情況下橫梁的靜剛度提高了23． 2% ，有明顯效果。

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

但是目前對超重型數控龍門移動鏜銑床中超長橫梁剛度優化等研究比較少，因此有必要對其進行進一步研究。

2 超重型數控龍門移動鏜銑床橫梁有限元優化分析

超重型數控龍門移動鏜銑床橫梁受力結構為兩點簡支梁支承，影響橫梁變形的因素主要包括: 橫梁、溜板和滑枕由于自身重力產生的對橫梁的壓力及機床所受切削負荷及其本身的熱變形等，由于切削負荷和熱變形要遠小于由于重力產生的變形，因此一般忽略其對橫梁變形的影響。除橫梁本身的重量外，還要考慮溜板、滑枕式鏜銑頭等移動部件從橫梁一端移動到中部時重力引起橫梁的變形。由于在橫梁上滑枕式鏜銑頭是懸臂結構，其重力會引起橫梁的向前傾覆。

超重型數控龍門移動鏜銑床中橫梁上外載荷變化慢，橫梁處于靜態，因此應用有限元方法來進行靜態分析。