定梁龍門加工中心橫梁導(dǎo)軌變形分析與優(yōu)化設(shè)計.pdf

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1、定粱龍門加工中心橫梁導(dǎo)軌變形分析與優(yōu)化設(shè)計李伯基，馮智寧，梁啟剛(廣州機床廠有限公司，廣東廣州511430)結(jié)構(gòu)合理，通過工件寬度大、剛性好、生產(chǎn)效率高，在大型機械銑削加工領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。但是，龍。．_：l曼囊軌的變形問題是這類產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)難題．針對此問題進行研究，找出從設(shè)計制造過程關(guān)鍵詞：龍門加工中心；橫梁；導(dǎo)軌；變形中圖分類號：TG659文獻標識碼：A文章編號：1009—9492(2010)11-0104—021引言鞍等部件是前傾結(jié)構(gòu)，對橫梁產(chǎn)生一個向前的顛覆力，從而產(chǎn)生導(dǎo)軌變形。故我

2、公司的橫梁導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)是階梯型雙矩龍門加1．中心在機械加工領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。它的特點是結(jié)構(gòu)合理，通過工件寬度大、剛性好、生產(chǎn)效率形硬軌結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在國內(nèi)應(yīng)用較少，主要是階梯型硬軌的加工精度要求較高．但硬軌結(jié)構(gòu)比線軌剛性更高，階梯高．適合大型零件的銑、鉆等序加工。在重工業(yè)上得到型分布也使受力更合理，是本機床的設(shè)計創(chuàng)新點。通過分廣泛使用。但是龍門加工中心的結(jié)構(gòu)確定了它有一個設(shè)計析對比機床滑鞍滑枕在橫粱上不同的加工位置，以及滑枕制造難點——橫梁導(dǎo)軌的變形問題，即橫梁部件靠兩個立不同的下伸長度．對橫梁產(chǎn)生

3、的變形是不同的。但是由經(jīng)柱在兩端支承，中間懸空，橫梁除了本身自重造成變形驗可以確定：當滑鞍處于橫梁中間．并且滑枕向下伸出長外，當滑鞍和滑枕等部件安裝在橫梁的一個側(cè)面上。并且度最長時．橫梁所承受的載荷達到最大[2]。在橫梁導(dǎo)軌上移動，當移動到不同位置時，也會引起橫梁如圖1所示．橫梁導(dǎo)軌成階梯結(jié)構(gòu)分為上下導(dǎo)軌，上不同方向不同程度的彎曲變形。另外在制造丁藝上．對橫下導(dǎo)軌頂面受到滑鞍和滑枕的重力作用．滑鞍滑枕部件總梁的導(dǎo)軌的磨削加1二、橫梁的時效處理、熱處理等都是防重為約為m=2342kg。作用于導(dǎo)軌面面

4、積S為滑鞍導(dǎo)軌長止橫梁導(dǎo)軌自身不穩(wěn)定產(chǎn)生變形的方法_】]。度Z乘以上下導(dǎo)軌寬度(b。、b。)和。那作用于橫梁兩導(dǎo)軌橫梁是龍門加工中心的關(guān)鍵零件，它是連接y、Z軸頂面的壓強Pl=mg／[1(bt+62)]=9．8x2342+[0．85x(0．06+零部件的橋梁，它的設(shè)計精度，加工精度直接影響機床的O．04)]=2．7×l05(Pa)=270(kPa)。幾何精度、位置精度等。定梁龍門銑床其中橫梁的導(dǎo)軌精另外作用于上導(dǎo)軌背面A點受到了向前顛覆力產(chǎn)生的度最重要．如何在設(shè)計上和零件加工上減少橫梁導(dǎo)軌變形壓力

5、，以下導(dǎo)軌B點為支點，滑鞍滑枕部件重心C點在是機床精度保證的關(guān)鍵。上、下導(dǎo)軌向下延長線上．重心約與下導(dǎo)軌距離約等于上下面以G—XK2412定梁龍門加工中心的橫梁作為例下導(dǎo)軌間距的距離設(shè)定為口．上下導(dǎo)軌延長線與垂直線構(gòu)子，分析如何減少橫粱導(dǎo)軌變形帶來的精度影響。該系列成14．5。，根據(jù)杠桿原理與分力的計算公式，=mg．機床的橫梁導(dǎo)軌副采用階梯型分布貼螺矩形硬軌結(jié)構(gòu)。tanl4．5。0，=mgtanl4．5。=2342x9．8x0．259=5944N，那作用2結(jié)構(gòu)設(shè)計上分析橫梁變形情況并進行對比于橫梁

6、上導(dǎo)軌背面A點的壓強P2=FI／(tb3)=5944+(0．85x優(yōu)化設(shè)計0．05)：1．40x105(Pa)=140(kPa)。2．1橫梁受載的簡化設(shè)定同理．作用于下導(dǎo)軌前面B點受到了向前顛覆產(chǎn)生的因為橫梁是安裝在梁立柱上，中間懸空、滑鞍滑枕壓壓力，以上導(dǎo)軌A點為支點，根據(jù)杠桿原理與分力的計在橫粱上。重力會造成橫梁下壓的導(dǎo)軌變形；另外滑枕滑算公式，aF2=2atrtgtanl4．5。，=2mgtanl4．5。=2x2342x9．8x收稿日期：2010—10—26[二]口二粵港會議0．259=11

7、888N，那作用于橫粱下導(dǎo)軌前面B點的壓強只=表1幾種設(shè)計方案F：／(f64)=l1888+(0．85x0．1)=1．40x105(Pa)=140(kPa)。序號結(jié)構(gòu)圖與有限元分析結(jié)果圖分析數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)說明如圖1所示．A、B兩導(dǎo)軌受到的壓強：兩導(dǎo)軌頂面基本方案．由于該橫粱比為270kPa，導(dǎo)軌側(cè)面為140kPa。橫粱重量3I9較短，采用了斜背式框架兩個立柱的的安裝面作為約束．如圖l小三角形所在方案1噸，堆大變形暈結(jié)構(gòu)，減輕重量降低成的面。0．034mm本，相應(yīng)變形情況也不2．2有限元分析優(yōu)化設(shè)計橫梁內(nèi)

8、部結(jié)構(gòu)大。在方案l基礎(chǔ)上．將內(nèi)部叭橫粱重量3574導(dǎo)軌背面的筋延長．更增方案2噸，最大變形量強剮性，同時重量也增／需盛b3=0．05100297mm加t變形量相應(yīng)減少?！诜桨?基礎(chǔ)上，將立柱安裝位置改用方箱式，不方案3●豳橫噸粱，重最量大變3．7形5用斜背式．而橫粱中部仍然采用斜背式。重量增加量00316ram1_-目夠誓鬻0不少．變形量相應(yīng)減少些許。在方案l基礎(chǔ)上，將幫體圖1橫梁結(jié)構(gòu)圖方案4■●橫噸粱。重最量大變38形6改式用，方同箱時式重，量不增用加斜比較背這里只對橫梁受滑