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龍門導軌磨床橫梁的靜動態分析及結構改進*
閱讀：178 發布時間：2020-8-10大型數控龍門導軌磨床作為機床行業*的工作母機，其加工精度直接影響到其他機床關鍵零部件的導軌精度，從而間接影響了各類終端產品的加工精度。與國外相比，我國龍門導軌磨床起步稍晚，目前在磨削精度、機床精度保持性及可靠性、自動化程度等方面還存在一定差距。 近幾年來，以上海重型機床廠、華東數控股份有限公司為代表的一批生產廠家，不斷加大自主研發力度，大幅度提高了我國龍門導軌磨床的技術水平［1］。
活動橫梁作為龍門導軌磨床的重要承載件之一，是加工過程中弱的一個環節，其靜、動態剛度對安裝在橫梁上面的磨頭部件的運動精度有很大影響，對整機加工精度的穩定性也起著至關重要的作用［2］。隨著計算機技術和數值計算方法的迅速發展，數字化設計與結構仿真分析在機械工程中的應用越來越廣泛，仿真分析結果在產品的設計與制造過程中起著重要的指導作用。目前已有不少學者通過有限元、邊界元或其它數值方法，對不同類型機床的整機或零部件做了靜態、動態、模態、熱變形等分析，并以分析結果為依據改進原有結構，提高機床的靜、動態性能。例如劉獻軍等［3］曾 利 用Hyperworks軟件對大型平面磨床的橫梁進行了靜力學分析，根據結果設計了卸荷裝置以減小橫梁的變形;馬海［4］、Peng等［5］曾利用Abaqus等軟件對橫梁和立柱進行靜、動態分析，并基于靈敏度分析的方法對零件進行了輕量化設計;張森等［6］利用有限元軟件對橫梁組件進行了靜、動態分析，并改進了橫梁的筋板結構;另外還有對整機［7］或 床 身［8－9］等 進 行有限元分析的例子，均非常有效地為提高機床性能提供了設計參考依據。
設計橫梁結構時主要考慮以下3個方面:一是加工工藝性要好，易于制造和裝配;二是靜剛度要高，在靜載荷或緩慢勻速運動載荷下的變形量小;三是動剛度要好，在外界激振力作用下的抗振性高［2］。綜合以上3個因素，本文對某大型數控龍門導軌磨床的活動橫梁進行了有限元分析及結構改進。首先采用Solid-Works軟件對龍門組件(包括雙立柱、固定連接梁以及活動橫梁)進行三維建模，然后利用Abaqus軟件進行靜態和模態分析，重點研究橫梁的導軌變形量以及結構的固有 頻 率。根據有限元分析結果以及仿生學原理［10］，改進橫梁結構件的斷面形狀以及筋板布置形式，優化拓撲結構。后通過比較原有結構與改進后結構的橫梁基準軌變形曲線，驗證設計的合理性和有效性。