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超重型数控龙门移动镗铣床横梁的有限元分析与结构优化

文献［7］基于有限元分析方法预估弹性横梁静态承载曲线，进而得到横梁起拱曲线，并通过实验对起拱曲线进行验证。

文献［8］通过对龙门加工中心横梁关键尺寸的灵敏度分析，找出了对横梁静变形量和一阶频率影响较大的尺寸变量，上下壁厚是横梁结构静变形量灵敏度大的尺寸，纵向筋板是横梁结构一阶固有频率灵敏度大的尺寸;以横梁静变形量和一阶模态频率为性能指标，结合灵敏度分析结果，采用变尺寸法对横梁进行结构优化分析，提高了横梁的静动态特性，并降低了横梁的重量。

文献［9］中数控龙门机床 8 m 长的横梁材料采用高强度低合金结构钢 Q345B，淄博镗铣头，采用焊接工艺加工。利用 ANSYSWorkbench 对机床横梁进行了静动态有限元分析，在此基础上进行了拓扑优化设计，并且制造出机床。

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某超重型数控动梁龙门移动镗铣床正视图及各轴方向如图 1所示［1］，其机床基础件如床身、滑座、立柱、横梁、工作台等基础件均采用树脂砂造型高强度铸铁，并经时效处理，精密镗铣头，连接梁采用高刚性焊接件。龙门框架由左右立柱、连接梁等组成，左右立柱上端与连接梁紧固连接，镗铣头价格，立柱下端直接与滑座紧固连接，形成高刚度的龙门框架结构。图1 中 Y 轴: 横梁与溜板，Z轴:溜板与滑枕。动梁龙门横梁上配置有一个大功率的交流调速滑枕式镗铣头，滑枕式镗铣头通过溜板与横梁连接。

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2． 1 建立横梁体三维模型

分析中初步确定横梁体截面结构形式及尺寸［1］，如图 2 所示。按初步设计的横梁体结构尺寸，应用 Si-emens PLMSoftware NX7． 5 软件建立三维模型，具体横梁体截面形式和三维模型见图 3所示。机床横梁抗弯和扭转惯性矩大的其刚度就高，采用封闭式截面可保证横梁的高刚性，镗铣头厂家，横梁形状为矩形封闭长方体。合理选择横梁中肋板，其中横梁壁厚在25 mm 左右、肋板厚度在 20 mm 左右，采用了横梁好的截面轮廓和肋板布置方案。

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