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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

結合超重型數控龍門移動鏜銑床中橫梁與立柱、絲杠螺母副的實際裝配情況，對相應接觸面進行約束其對應的自由度，約束條件為橫梁兩端固定，動梁橫梁體自由度約束見圖 6 所示。橫梁的邊界條件和受力橫梁的上下運動( Z 向) 是通過絲杠驅動。通過壓板，橫梁緊貼在立柱的導軌面，靜壓導軌接觸面處由靜壓油支撐，靜壓油支撐剛度大。因此，在橫梁上下移動的情況下，其 X 向接觸面和 Z 向接觸面完全固定，在有限元建模中，此處 X 方向和 Z 方向施加單方向的約束。橫梁 Y 方向兩端運動固定，因此，在有限元模型中約束也按照實際情況施加。

溜板與滑枕通過絲杠驅動系統可在橫梁上左右移動( 見圖 1) ，在單個導軌面上溜板與橫梁有左右 2 個接觸面，同立柱導軌一樣，橫梁靜壓導軌的各接觸面也均為靜壓油支撐，通過壓板等可保證溜板緊貼橫梁的導軌面。

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． 2 建立橫梁體有限元模型

運用 Siemens PLM Software NX7． 5 軟件高de 級分析模塊建立橫梁有限元分析模型，為了減少有限元網格數量和歧異網格的生成，針對橫梁體上對分析結果影響不大的圓角、小孔和臺階等結構作一定的簡化處理( 即忽略不計) ; 采用 10 節點四面體有限單元網格對橫梁體有限元模型進行網格劃分，劃分結果為: 橫梁部件中的單元數目為 328 149，節點數目為 397 719。橫梁體有限元劃分結構如圖 4 所示。

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。