龍門加工中心橫梁系統(tǒng)靜動熱態(tài)特性的研究之課題研究的背景及意義
1.1課題來源本課題來源于江蘇省成果轉(zhuǎn)化項目（BA2014014)，蘇州市工業(yè)技術(shù)專項 (ZXG201131)，江蘇省產(chǎn)學(xué)研協(xié)同項目（BY2014059-17)。該項目主要研宄采用 理論分析計算與實驗分析計算相結(jié)合、靜動態(tài)特性計算相結(jié)合的方法對XH2130龍門加工中心整體優(yōu)化設(shè)計；研宄通過可靠性分析、模擬和實驗，建立高精度保持的 可靠性分析實驗方法，形成高精機床可靠性分析實驗平臺；研宄通過進(jìn)給系統(tǒng)的動 態(tài)特性檢測與溫度控制，解決進(jìn)給系統(tǒng)的溫度對精度影響問題，形成高精進(jìn)給系統(tǒng) 的動態(tài)特性檢測與溫度控制平臺；研宄機床動態(tài)補償技術(shù)。本論文的研宄工作作為 該項目的一個子課題，主要針對XH2130龍門加工中心橫梁系統(tǒng)靜動熱態(tài)特性分析 與研究。1.2課題研究的背景及意義 1.2.1課題研究的背景隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各個領(lǐng)域的工業(yè)產(chǎn)品不斷創(chuàng)新，而機械制造業(yè)作為 我國工業(yè)的基礎(chǔ)，更是為軍事、航天等領(lǐng)域制造高標(biāo)準(zhǔn)的機械零件。加工這些零件 需要高精度，傳統(tǒng)的機床難以完成任務(wù)，加上國內(nèi)外市場競爭的激烈，因此更需要 建立能夠滿足這些加工要求的新時代精工機床體系，且我國在振興裝備制造業(yè)戰(zhàn)略 的指引下，機床業(yè)的發(fā)展開始步入黃金發(fā)展期，迎來前所未有的發(fā)展機遇[1’2]。但我 國機床產(chǎn)業(yè)整體轉(zhuǎn)型升級較慢，還需要加快產(chǎn)品創(chuàng)新的步伐，跨出國門走向世界數(shù) 控機床市場[3]。我國精工機床業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷了以下三個階段：(一）封閉式的發(fā)展階段：1949年新中國剛成立后，政府開始初步規(guī)劃機床的 發(fā)展方向和工廠布局。由于技術(shù)和人才的缺乏，使得機床的總體設(shè)計性較差，加上 微電子技術(shù)發(fā)展的影響，機床的發(fā)展受到制約，機床配套部件及精工系統(tǒng)的穩(wěn)定性、1XH2130龍門加工中心橫梁系統(tǒng)靜動熱態(tài)特性的研究第一章緒論安全性、有效性較差。(二）開放式的發(fā)展階段：改革開放以來，國家開始重視制造裝備技術(shù)的發(fā)展。 打開國門引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，合理的規(guī)劃工廠布局，建立新形勢下的人才培養(yǎng)體系， 加強學(xué)校和企業(yè)的合作與研發(fā)，積極的開展科學(xué)試驗研宄，并逐步從仿制到自主研 發(fā)階段的過度，推動了工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步。(三）市場化的競爭階段：在國家政策的扶持和市場需求的拉動下，我國精工 機床業(yè)的發(fā)展取得了顯著的成果。但是我國的機床業(yè)大而不強，還需要加強市場競 爭意識，明確產(chǎn)品發(fā)展方向，在突破中前進(jìn)。經(jīng)過幾十年的漫長發(fā)展階段，我國的精工機床產(chǎn)品水平、加工精度、制造水平 得到迅速提高，尤其是對精工系統(tǒng)技術(shù)的掌握和應(yīng)用。在技術(shù)水平提高的同時，我 國機床產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)也發(fā)生了很大的變化。隨著國家政策的開放和技術(shù)上的支持，引 導(dǎo)一批民營企業(yè)家開始投資機床產(chǎn)業(yè)，打破國有企業(yè)的壟斷地位，為精工機床產(chǎn)業(yè) 的發(fā)展注入新鮮血液。在20世紀(jì)末，我國己經(jīng)基本建成完整的精工機床工業(yè)體系[4]。近年來，機械制造強國正處于調(diào)整期，我國的精工機床企業(yè)應(yīng)抓住這一機遇， 需要不斷的努力鉆研，加強產(chǎn)品的開發(fā)、創(chuàng)新與投入，與國外機床企業(yè)建立合作共 贏機制和裝備制造業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展體系，為裝備市場甚至國防安全和航空航天等 特殊行業(yè)提供高、精、尖的設(shè)備創(chuàng)造條件，對實現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展具有重 大的意義[5]。1.2.2課題研究的意義我國要想從制造大國向制造強國邁進(jìn)，需要對機床產(chǎn)業(yè)的整理轉(zhuǎn)型升級，并加 快傳統(tǒng)的創(chuàng)新步伐。隨著工程機械、軌道交通、航空航天、能源等行業(yè)的快速發(fā)展， 大、重型機械零部件被大量應(yīng)用于關(guān)鍵裝備制造產(chǎn)品上。而大型精密龍門加工中心 作為作為機械裝備母機，在這些重要領(lǐng)域均有著重要的作用[6]。隨著我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展和振興裝備制造業(yè)戰(zhàn)略的實施，船舶、汽車、航 空航天配件及大型和重型零件的需求越來越多，且加工精度要求也越來越高。國外 進(jìn)口產(chǎn)品不僅價格高，而且供貨周期長，這些都嚴(yán)重地影響我國制造業(yè)的發(fā)展。因 此，開發(fā)生產(chǎn)具有當(dāng)前國際先進(jìn)技術(shù)水準(zhǔn)的大型精密龍門加工中心，解決相關(guān)的關(guān) 鍵技術(shù)難題，這對于打破國外在高檔精工機床領(lǐng)域的壟斷地位，為我國大型設(shè)備制造企業(yè)提供先進(jìn)的技術(shù)手段和設(shè)備，提升我國高檔精工機床的制造水平，進(jìn)而增強 我國裝備制造技術(shù)能力是非常必要的。在技術(shù)水平的提供和產(chǎn)品的創(chuàng)新推動下，我國大型精密龍門加工中心產(chǎn)品實現(xiàn) 了新的突破。但在可靠性、精度保持性、剛性、振動性等各方面相比國外機床還有 一定差距。因此對機床的靜剛度、抗振性能和發(fā)熱變形的研宄具有重要的意義，作 為龍門機床的主要支撐件，橫梁系統(tǒng)在機床的靜動熱態(tài)特性方面起到極為重要的作 用，同時橫梁導(dǎo)軌的變形影響加工精度，進(jìn)而影響機床的性能，所以研宄橫梁的靜 動熱態(tài)特性和變形情況，對于提高整機的加工精度和效率具有重要的意義。有限元分析方法基于數(shù)學(xué)模型利用計算機求解結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)、動態(tài)力學(xué)、熱態(tài) 分析等特性，具有計算速度快、精度高等優(yōu)點，己被廣泛應(yīng)用于船舶、航空航天、 汽車等領(lǐng)域。在現(xiàn)在裝備技術(shù)改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計過程中有著不可替代的地位和作用。本文運用有限元分析方法，基于Workbench軟件分析龍門加工中心橫梁系統(tǒng)的 靜動熱態(tài)特性，驗證橫梁系統(tǒng)的設(shè)計是否滿足要求，并為橫梁系統(tǒng)以及整機的結(jié)構(gòu) 優(yōu)化提供一定的理論參考。