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1 數(shù)控龍門銑床整體方案

數(shù)控龍門銑床的平臺跨距大，作業(yè)速度快，整機性能對作業(yè)效率與加工質(zhì)量影響極大。橫梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量大、剛度強是影響整機靈活性與定位精度的重要部件。本次研究通過模擬雙橫梁結(jié)構(gòu)對數(shù)控龍門銑床整體方案進行設(shè)計。

2 機床受力分析

數(shù)控機床加速快、進給速度高，在進行性能評估時不能忽略慣性對機床的影響。本次研究利用ADAMS軟件的動力學(xué)分析功能對機床受力情況進行研究。首先建立龍門銑床的動力學(xué)模型，如圖2所示；然后在立柱與床身、地面之間分別施加約束，在床身與靜橫梁之間、滑塊與滑枕之間、靜橫梁動與橫梁之間分別建立直線移動副；并將加速度設(shè)為g，分析此時數(shù)控機床各部件的受力情況。當機床部件沿著Y軸作加速度為g的直線運動時，ADAMS軟件分析靜橫梁在X軸與Y軸方向的受力均為85kN左右；當機床部件沿著X軸運動時，ADAMS軟件分析動橫梁在X軸與Z軸方向的受力均為34.5kN左右。再對傳統(tǒng)機床結(jié)構(gòu)在相同運動條件下各部件的受力情況進行分析，橫梁在X軸方向的受力約為266kN，遠超雙橫梁結(jié)構(gòu)下機床各部件所承受的壓力。

3 機床有限元模型及動態(tài)特性

本文利用Hypermesh軟件構(gòu)建機床的有限元模型。首先建立數(shù)控龍門銑床的三維幾何模型，其次導(dǎo)入到處理軟件進行求解分析，然后再導(dǎo)入Hypermesh軟件中，建立有限元模型。在有限元模型中，可以運用Ansys軟件對機床模態(tài)進行解析，分析機床的動態(tài)特性。

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動態(tài)特性是指機床在運行狀態(tài)下的穩(wěn)定性，是影響工件的加工質(zhì)量、刀具系統(tǒng)維護等的重要參數(shù)，尤其在現(xiàn)代機械加工行業(yè)，數(shù)控機床的切削速度進一步加快，動態(tài)特性分析已經(jīng)成為機床設(shè)計與評估的重要內(nèi)容。通過機床的有限元模型對其動態(tài)特性進行分析，發(fā)現(xiàn)影響機床性能的因素主要包括以下幾個方面：

1）結(jié)合部的阻尼特性和剛性。組成龍門銑床的零部件較多，各零部件間連接方式復(fù)雜多樣，零部件之間的連接區(qū)域稱為結(jié)合部，結(jié)合部的阻尼特性和剛性是影響機床整體動態(tài)性能的重要因素。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，機床振動問題中約六成是由結(jié)合部引起的。

2）靜態(tài)剛度是影響機床動態(tài)特性的另一重要因素。由于滑枕位于橫梁中間位置時機床受力最大，變形最明顯，選擇這個位置作為靜態(tài)剛度的初試分析位置，可得到更嚴謹?shù)臏y試結(jié)果。 3）數(shù)控機床的加速快、進給速度高，啟動和運行需要的驅(qū)動力都較大，這一過程中機床性能也會受到影響。借助有限元模型對機床動態(tài)特性進行預(yù)估和分析，能夠有效促進機床結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，對機床設(shè)計和制造具有極為重要的意義。

數(shù)控龍門銑床整機動態(tài)特性分析

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