定梁龙门加工中心横梁导轨变形分析与优化设计.pdf

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1、定粱龙门加工中心横梁导轨变形分析与优化设计李伯基，冯智宁，梁启刚(广州机床厂有限公司，广东广州511430)结构合理，通过工件宽度大、刚性好、生产效率高，在大型机械铣削加工领域中得到广泛的应用。但是，龙。．_：l曼囊轨的变形问题是这类产品的关键技术难题．针对此问题进行研究，找出从设计制造过程关键词：龙门加工中心；横梁；导轨；变形中图分类号：TG659文献标识码：A文章编号：1009—9492(2010)11-0104—021引言鞍等部件是前倾结构，对横梁产生一个向前的颠覆力，从而产生导轨变形。故我

2、公司的横梁导轨结构是阶梯型双矩龙门加1．中心在机械加工领域中得到广泛的应用。它的特点是结构合理，通过工件宽度大、刚性好、生产效率形硬轨结构，该结构在国内应用较少，主要是阶梯型硬轨的加工精度要求较高．但硬轨结构比线轨刚性更高，阶梯高．适合大型零件的铣、钻等序加工。在重工业上得到型分布也使受力更合理，是本机床的设计创新点。通过分广泛使用。但是龙门加工中心的结构确定了它有一个设计析对比机床滑鞍滑枕在横粱上不同的加工位置，以及滑枕制造难点——横梁导轨的变形问题，即横梁部件靠两个立不同的下伸长度．对横梁产生

3、的变形是不同的。但是由经柱在两端支承，中间悬空，横梁除了本身自重造成变形验可以确定：当滑鞍处于横梁中间．并且滑枕向下伸出长外，当滑鞍和滑枕等部件安装在横梁的一个侧面上。并且度最长时．横梁所承受的载荷达到最大[2]。在横梁导轨上移动，当移动到不同位置时，也会引起横梁如图1所示．横梁导轨成阶梯结构分为上下导轨，上不同方向不同程度的弯曲变形。另外在制造丁艺上．对横下导轨顶面受到滑鞍和滑枕的重力作用．滑鞍滑枕部件总梁的导轨的磨削加1二、横梁的时效处理、热处理等都是防重为约为m=2342kg。作用于导轨面面

4、积S为滑鞍导轨长止横梁导轨自身不稳定产生变形的方法_】]。度Z乘以上下导轨宽度(b。、b。)和。那作用于横梁两导轨横梁是龙门加工中心的关键零件，它是连接y、Z轴顶面的压强Pl=mg／[1(bt+62)]=9．8x2342+[0．85x(0．06+零部件的桥梁，它的设计精度，加工精度直接影响机床的O．04)]=2．7×l05(Pa)=270(kPa)。几何精度、位置精度等。定梁龙门铣床其中横梁的导轨精另外作用于上导轨背面A点受到了向前颠覆力产生的度最重要．如何在设计上和零件加工上减少横梁导轨变形压力

5、，以下导轨B点为支点，滑鞍滑枕部件重心C点在是机床精度保证的关键。上、下导轨向下延长线上．重心约与下导轨距离约等于上下面以G—XK2412定梁龙门加工中心的横梁作为例下导轨间距的距离设定为口．上下导轨延长线与垂直线构子，分析如何减少横粱导轨变形带来的精度影响。该系列成14．5。，根据杠杆原理与分力的计算公式，=mg．机床的横梁导轨副采用阶梯型分布贴螺矩形硬轨结构。tanl4．5。0，=mgtanl4．5。=2342x9．8x0．259=5944N，那作用2结构设计上分析横梁变形情况并进行对比于横梁

6、上导轨背面A点的压强P2=FI／(tb3)=5944+(0．85x优化设计0．05)：1．40x105(Pa)=140(kPa)。2．1横梁受载的简化设定同理．作用于下导轨前面B点受到了向前颠覆产生的因为横梁是安装在梁立柱上，中间悬空、滑鞍滑枕压压力，以上导轨A点为支点，根据杠杆原理与分力的计在横粱上。重力会造成横梁下压的导轨变形；另外滑枕滑算公式，aF2=2atrtgtanl4．5。，=2mgtanl4．5。=2x2342x9．8x收稿日期：2010—10—26[二]口二粤港会议0．259=11

7、888N，那作用于横粱下导轨前面B点的压强只=表1几种设计方案F：／(f64)=l1888+(0．85x0．1)=1．40x105(Pa)=140(kPa)。序号结构图与有限元分析结果图分析数据结构说明如图1所示．A、B两导轨受到的压强：两导轨顶面基本方案．由于该横粱比为270kPa，导轨侧面为140kPa。横粱重量3I9较短，采用了斜背式框架两个立柱的的安装面作为约束．如图l小三角形所在方案1吨，堆大变形晕结构，减轻重量降低成的面。0．034mm本，相应变形情况也不2．2有限元分析优化设计横梁内

8、部结构大。在方案l基础上．将内部叭横粱重量3574导轨背面的筋延长．更增方案2吨，最大变形量强剐性，同时重量也增／需盛b3=0．05100297mm加t变形量相应减少。——在方案1基础上，将立柱安装位置改用方箱式，不方案3●豳横吨粱，重最量大变3．7形5用斜背式．而横粱中部仍然采用斜背式。重量增加量00316ram1_-目够誓鬻0不少．变形量相应减少些许。在方案l基础上，将帮体图1横梁结构图方案4■●横吨粱。重最量大变38形6改式用，方同箱时式重，量不增用加斜比较背这里只对横梁受滑