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龙门导轨磨床横梁的静动态分析及结构改进*

2020年08月10日 16:30点击:117作者:东莞市宇匠数控设备有限公司来源:东莞市宇匠数控设备有限公司>>进入该公司展台

大型数控龙门导轨磨床作为机床行业*的工作母机,其加工精度直接影响到其他机床关键零部件的导轨精度,从而间接影响了各类终端产品的加工精度。与国外相比,我国龙门导轨磨床起步稍晚,目前在磨削精度、机床精度保持性及可靠性、自动化程度等方面还存在一定差距。 近几年来,以上海重型机床厂、华东数控股份有限公司为代表的一批生产厂家,不断加大自主研发力度,大幅度提高了我国龙门导轨磨床的技术水平[1]。

活动横梁作为龙门导轨磨床的重要承载件之一,是加工过程中弱的一个环节,其静、动态刚度对安装在横梁上面的磨头部件的运动精度有很大影响,对整机加工精度的稳定性也起着至关重要的作用[2]。随着计算机技术和数值计算方法的迅速发展,数字化设计与结构仿真分析在机械工程中的应用越来越广泛,仿真分析结果在产品的设计与制造过程中起着重要的指导作用。目前已有不少学者通过有限元、边界元或其它数值方法,对不同类型机床的整机或零部件做了静态、动态、模态、热变形等分析,并以分析结果为依据改进原有结构,提高机床的静、动态性能。例如刘献军等[3]曾 利 用Hyperworks软件对大型平面磨床的横梁进行了静力学分析,根据结果设计了卸荷装置以减小横梁的变形;马海[4]、Peng等[5]曾利用Abaqus等软件对横梁和立柱进行静、动态分析,并基于灵敏度分析的方法对零件进行了轻量化设计;张森等[6]利用有限元软件对横梁组件进行了静、动态分析,并改进了横梁的筋板结构;另外还有对整机[7]或 床 身[8-9]等 进 行有限元分析的例子,均非常有效地为提高机床性能提供了设计参考依据。

设计横梁结构时主要考虑以下3个方面:一是加工工艺性要好,易于制造和装配;二是静刚度要高,在静载荷或缓慢匀速运动载荷下的变形量小;三是动刚度要好,在外界激振力作用下的抗振性高[2]。综合以上3个因素,本文对某大型数控龙门导轨磨床的活动横梁进行了有限元分析及结构改进。首先采用Solid-Works软件对龙门组件(包括双立柱、固定连接梁以及活动横梁)进行三维建模,然后利用Abaqus软件进行静态和模态分析,重点研究横梁的导轨变形量以及结构的固有 频 率。根据有限元分析结果以及仿生学原理[10],改进横梁结构件的断面形状以及筋板布置形式,优化拓扑结构。后通过比较原有结构与改进后结构的横梁基准轨变形曲线,验证设计的合理性和有效性。


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