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

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1、定粱龍門(mén)加工中心橫梁導(dǎo)軌變形分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)李伯基，馮智寧，梁?jiǎn)?廣州機(jī)床廠有限公司，廣東廣州511430)結(jié)構(gòu)合理，通過(guò)工件寬度大、剛性好、生產(chǎn)效率高，在大型機(jī)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(wèn)題是這類(lèi)產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)難題．針對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行研究，找出從設(shè)計(jì)制造過(guò)程關(guān)鍵詞：龍門(mén)加工中心；橫梁；導(dǎo)軌；變形中圖分類(lèi)號(hào)：TG659文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009—9492(2010)11-0104—021引言鞍等部件是前傾結(jié)構(gòu)，對(duì)橫梁產(chǎn)生一個(gè)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(mén)加1．中心在機(jī)械加工領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)合理，通過(guò)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(guó)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(xiàn)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(jī)床的設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)。通過(guò)分廣泛使用。但是龍門(mén)加工中心的結(jié)構(gòu)確定了它有一個(gè)設(shè)計(jì)析對(duì)比機(jī)床滑鞍滑枕在橫粱上不同的加工位置，以及滑枕制造難點(diǎn)——橫梁導(dǎo)軌的變形問(wèn)題，即橫梁部件靠?jī)蓚€(gè)立不同的下伸長(zhǎng)度．對(duì)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(yàn)可以確定：當(dāng)滑鞍處于橫梁中間．并且滑枕向下伸出長(zhǎng)外，當(dāng)滑鞍和滑枕等部件安裝在橫梁的一個(gè)側(cè)面上。并且度最長(zhǎng)時(shí)．橫梁所承受的載荷達(dá)到最大[2]。在橫梁導(dǎo)軌上移動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)到不同位置時(shí)，也會(huì)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(duì)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(shí)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(zhǎng)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(mén)加工中心的關(guān)鍵零件，它是連接y、Z軸頂面的壓強(qiáng)Pl=mg／[1(bt+62)]=9．8x2342+[0．85x(0．06+零部件的橋梁，它的設(shè)計(jì)精度，加工精度直接影響機(jī)床的O．04)]=2．7×l05(Pa)=270(kPa)。幾何精度、位置精度等。定梁龍門(mén)銑床其中橫梁的導(dǎo)軌精另外作用于上導(dǎo)軌背面A點(diǎn)受到了向前顛覆力產(chǎn)生的度最重要．如何在設(shè)計(jì)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(diǎn)為支點(diǎn)，滑鞍滑枕部件重心C點(diǎn)在是機(jī)床精度保證的關(guān)鍵。上、下導(dǎo)軌向下延長(zhǎng)線(xiàn)上．重心約與下導(dǎo)軌距離約等于上下面以G—XK2412定梁龍門(mén)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(zhǎng)線(xiàn)與垂直線(xiàn)構(gòu)子，分析如何減少橫粱導(dǎo)軌變形帶來(lái)的精度影響。該系列成14．5。，根據(jù)杠桿原理與分力的計(jì)算公式，=mg．機(jī)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(jì)上分析橫梁變形情況并進(jìn)行對(duì)比于橫梁

6、上導(dǎo)軌背面A點(diǎn)的壓強(qiáng)P2=FI／(tb3)=5944+(0．85x優(yōu)化設(shè)計(jì)0．05)：1．40x105(Pa)=140(kPa)。2．1橫梁受載的簡(jiǎn)化設(shè)定同理．作用于下導(dǎo)軌前面B點(diǎn)受到了向前顛覆產(chǎn)生的因?yàn)闄M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(diǎn)為支點(diǎn)，根據(jù)杠桿原理與分力的計(jì)在橫粱上。重力會(huì)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(huì)議0．259=11

7、888N，那作用于橫粱下導(dǎo)軌前面B點(diǎn)的壓強(qiáng)只=表1幾種設(shè)計(jì)方案F：／(f64)=l1888+(0．85x0．1)=1．40x105(Pa)=140(kPa)。序號(hào)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(shuō)明如圖1所示．A、B兩導(dǎo)軌受到的壓強(qiáng)：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(gè)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(jì)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(zhǎng)．更增方案2噸，最大變形量強(qiáng)剮性，同時(shí)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(shí)式重，量不增用加斜比較背這里只對(duì)橫梁受滑