龍門加工中心橫梁系統(tǒng)靜動熱態(tài)特性的研究
龍門加工中心廣泛適用于汽車、航空航天、船舶等行業(yè)中，加大龍門機(jī)床的技 術(shù)和產(chǎn)品的研發(fā)，對實現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展具有重大的意義。由于龍門加工 中心的橫梁系統(tǒng)是機(jī)床的主要承載系統(tǒng)，橫梁系統(tǒng)的靜動熱態(tài)性能對機(jī)床的加工精 度和機(jī)床的切削性能影響非常大。所以，對于橫梁系統(tǒng)的設(shè)計和性能研宄顯得尤為重要。本文通過有限元分析和理論計算相結(jié)合的方法，旨在研宄XH2130龍門加工中 心的橫梁系統(tǒng)的靜動熱態(tài)特性，驗證橫梁系統(tǒng)各部件設(shè)計和性能參數(shù)是否達(dá)到設(shè)計 要求，為橫梁系統(tǒng)性能的優(yōu)化提供了理論參考。主要研宄內(nèi)容如下：(1)橫梁系統(tǒng)的靜態(tài)特性分析。建立龍門加工中心整機(jī)和橫梁系統(tǒng)的有限元模 型，在受力分析時充分考慮到平衡油缸對其關(guān)鍵部件的影響。在多種工況下，采用 ANSYS Workbench的Scripting功能進(jìn)行多模型計算，得到青爭態(tài)特性分析結(jié)果。并與 沒有加載平衡油缸的分析結(jié)果對比可知，載入平衡油缸能夠有效的減少橫梁系統(tǒng)的 總變形量，為橫梁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供理論依據(jù)。(2)橫梁系統(tǒng)模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析。基于模態(tài)分析理論概述為基礎(chǔ)，得到振 動方程。通過模態(tài)分析得到六階振型和固有頻率，將固有頻率理論計算結(jié)果和有限 元分析結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)非常接近，驗證有限元模型建立和模態(tài)分析的正確性。在模態(tài) 分析的基礎(chǔ)上，對橫梁進(jìn)行諧響應(yīng)分析，考慮系統(tǒng)阻尼對橫梁系統(tǒng)的動態(tài)性能的影 響，并提出系統(tǒng)諧響應(yīng)改進(jìn)的措施。最后，對橫梁系統(tǒng)中的滾珠絲杠進(jìn)行模態(tài)分析， 得到六階振型和各階臨界轉(zhuǎn)速，可知在有效范圍內(nèi)滾珠絲杠不會發(fā)生共振。(3)橫梁系統(tǒng)中滾珠絲杠熱態(tài)特性分析。通過有限元建模分析得到滾珠絲杠系 統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)溫度場。然后，施加熱載荷，并對滾珠絲杠系統(tǒng)進(jìn)行熱一結(jié)構(gòu)耦合分析， 得到滾珠絲杠系統(tǒng)的總熱變形和X、Y、Z三個方向上的熱變形情況。最后，分析影 響滾珠絲杠系統(tǒng)熱變形的主要因素，并提出改善滾珠絲杠系統(tǒng)熱態(tài)特性的有效措施