[发明专利]一种提高高架桥式龙门机床横梁横向刚度的设计方法

说明书

本发明公开了一种提高高架桥式龙门机床横梁横向刚度的设计方法，属于高架桥式龙门机床制造领域。对高架桥式龙门机床横梁进行了的静力分析，高架桥式龙门机床的动力学分析，横梁的模态分析；横梁水平0.5g加速度的变形分析；本发明更具体地针对此类机床横梁的结构和筋板结构的优化设计，提出一种提高高架桥式龙门机床横梁横向刚度的设计方法。该发明的提出可降低此类机床的整机重量，提高横梁的横向刚度，进而提高机床的整体刚度，最终提高机床切削速度和综合性能。

技术领域

本发明涉及到高架桥式龙门机床制造领域，也涉及到此类龙门机床横梁的优化设计领域，更具体地涉及到对此类机床焊接型横梁结构及横梁筋板结构的设计。

背景技术

龙门式机床是加工装备中必不可少的一种机床。主要应用于大型零件的加工。龙门式机床主要有加工跨距大、加工效率高、刚度高的特点，适应于批量或高精度加工。在航空、航天、汽车、模具等制造行业中得到广泛的应用。横梁是龙门式机床重要组成部分之一，起着连接滑座、滑鞍等关键部件的作用，横梁自身的结构与横梁筋板结构决定了其本身的动、静态特性，所以横梁筋板的动、静态特性又直接关系到龙门式机床的整机性能。要提高此类机床的加工效率、精度，必须考虑机床横梁与横梁筋板结构的动、静态特性，由于机床在工作过程中横梁的启停、加速会在横梁的横向上产生很大的作用力，为了提高机床的精度，因此需要提高横梁的横向刚度。

龙门式加工中心横梁受力为两端简支梁支承形式，横梁所承受的力有横梁本身、滑枕、溜板、主轴等的自重，此外，还要承受由于主轴箱等的悬挂而产生的倾覆和扭转力矩。不同筋板结构的横梁抗弯、抗扭能力不同。筋板的作用是将局部载荷传递给其他壁板，从而使整个支承件能比较均匀地承受载荷，纵向隔板能提高抗弯刚度，横向隔板能提高抗扭刚度。因此必须选择合理的横梁结构和横梁筋板结构，以提高横梁的抗弯、抗扭能力。

如今，许多研究工作已经进行了有关的机床或横梁刚度的分析问题。国内外在机床研究方面主要采用有限元分析方法，对结构静、动刚度和动态稳定性进行评估，对比分析不同截面的横梁结构，得出刚度更优的横梁结构。本发明是根据筋板的作用，在某高架桥式龙门机床的横梁内部布置筋板，用有限元法对横梁进行了静、动态特性分析。最终确定本发明的高架桥式龙门机床的焊接型横梁结构和横梁筋板结构设计更加合理，刚性、动态特性等综合性能更好，对此类机床的制造更有意义。

发明内容

本发明的目的是针对高架桥式龙门机床(图1)，该机床为横梁移动，工作台固定式结构，该结构包括工作台、床身、横梁、滑鞍、滑枕、液压系统、润滑系统、冷却过滤系统、排屑装置、旋转式操作面板以及电控系统等部件，其中横梁是机床关键的结构部件。机床占地面积小、工作台承重大、使用方便、自动化程度高等特点。

为实现上述目的，本方法采用的具体步骤如下：一种提高高架桥式龙门机床横梁横向刚度的设计方法，步骤一：高架桥式龙门机床横梁静力分析；

首先对高架桥式龙门机床横梁进行三维建模，因为横梁整体采用焊接结构，为了满足焊接结构刚度不足的问题，首先加厚了横梁结构前后两侧的壁厚，其次，设计与横梁截面平行和垂直的筋板(图2)。将建立好的三维模型导入到有限元分析软件ANSYS Workbench中。对其进行静力学分析。横梁材质为钢材Q235，溜板及滑枕材质为灰铸铁HT300，使用Solid186单元进行网格划分，单元尺寸设置为50mm。

模拟横梁真实工况设置约束条件为：横梁两端与滑座接触面处竖直方向Z向进行约束。在横梁一端安装电机的位置处添加柱坐标系，将水平Y向即柱坐标X向进行约束。横梁另一端对称位置只约束水平Y方向。这三个约束形式，能够保证横梁静力分析精确求解。

当滑枕和溜板装配在移动式定梁龙门框中部位置时，模拟横梁所受垂向力极限情况下的静力变形，分析其垂直Z向的最大变形量。

步骤二：高架桥式龙门机床横梁的动力学分析；

步骤2.1：高架桥式龙门机床横梁的模态分析；