机床龙门结构的优化方案

0 引言
　　普通的立式车床龙门结构中由于横梁、立柱的不对称性设计，容易造成加工精度降低，误差较大的情况。现在探索一种新型的龙门结构这个新结构相对热源采用对称的设计。这个新的对称性设计，有助于车床工作时产生的热量传播的平衡性，能够保证加工时加工精度。
　　新的结构主轴或刀架被放置在横梁截面中间，采用对称横梁结构，立柱也采用对称结构，横梁被置于立柱截面中间，立柱的左右两部分的热膨胀量大致相等。采用这种结构，可以减少加工时车床结构热变形。现在针对提出的这种新型龙门结构进行建模和分析[1]。
1 龙门结构的有限元模型建立
　　模态分析是机械和结构动力学中一种极为重要的分析方法[3]。计算模态分析从机械、结构的几何特性与材料特性等原始参数出发，采用有限元法形成系统的离散数学模型—质量矩阵和刚度矩阵，然后通过求解特征值问题，确定系统的模态参数。由模态迭加法，可以分析机械、结构在已知外载荷作用下的动态响应或动态稳定性问题。
　　利用三维绘图软件NX8.0 建立三维模型，对模型进行适当简化（忽略倒角、倒圆、小孔等小特征）后，将所建模型直接导入 ANSYS Workbench 中。定义立柱材料及其属性，四面体单元对网格的划分则比较灵活，对于结构不规则的几何模型，也能划分出较为规则的网格，同时也能够保证计算的精度。网格大小为 100mm，得到有限元模型如图 1 所示。

宇匠数控备注：为保证文章的完整度，本文核心内容由PDF格式显示，如未有显示请刷新或转换浏览器尝试，手机浏览可能无法正常使用！

3 结语
　　结合大型数控机床的实际激励状况，对于改进后的机床龙门结构进行有限元分析。机床立柱上丝杠的联接部位给横梁两端施加固定约束，将无摩擦约束设置在机床滑动导轨副和横梁中间位置，用来限制横梁的法向位移。先在给横梁和主轴箱结合位置施加 XYZ 三个方向的等效集中载荷，通过分析模态和静力分析，得到了固有频率和模态振型，振型图表明各个部件的动态性能情况，从这也可以看出各个结构的变形形式和最大变形区域出现的位置。对于龙门结构的热平衡优化设计后，通过有限元分析，可以看出机床龙门结构在不同载荷下的变形形状和最大变形区域，通过分析可得到龙门结构的薄弱环节，为车床结构进一步的结构设计优化提供一定的理论支持和依据。

机床龙门结构的优化方案

产品中心

U260T五轴钻攻中心

U350V五轴加工中心

U500S五轴加工中心

联系我们

关注官方微信