龍門機(jī)床是機(jī)械加工制造中的重要設(shè)備之一。其中機(jī)床的橫梁部件直接關(guān)系到整機(jī)的性能。根據(jù)工作狀態(tài)，橫梁受力結(jié)構(gòu)為兩點簡支梁支承形式，橫梁上裝有可移動主軸和主軸箱。當(dāng)橫梁跨度較大時， 位于不同位置的主軸和主軸箱與橫梁本身的重量一道，導(dǎo)致橫梁變 形，并造成橫梁上的工作主軸產(chǎn)生不同形式的向下位移。在交變的切 削力作用下，整個橫梁系統(tǒng)也會發(fā)生彈性振動變形，橫梁變形基本結(jié) 構(gòu)如圖1所示。

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為了提高機(jī)床橫梁的靜剛度性能

• 正確選擇橫梁的截面形狀；
• 釆用封閉界面的構(gòu)件；
• 合理選擇及布置隔板和筋條；
• 借助于外部裝置，釆用液力油缸平衡移動部件因位置變動造成 的變形；
• 釆用鋼板焊接結(jié)構(gòu)增加靜剛度、減輕結(jié)構(gòu)重量，增加構(gòu)件本身的阻尼等。
• 釆取的工藝措施有：對橫梁導(dǎo)軌面實施預(yù)拱形加工；對橫梁導(dǎo)軌面實施反變形加工；
• 材料工藝上則是盡量釆用高牌號的鑄鐵，提高材料的彈性模量參數(shù)；
• 在封閉的箱體內(nèi)充入沙質(zhì)材料，利用 內(nèi)摩擦吸收振動能量等。

但以上措施都是被動的，相對來說是固定的， 也就是在機(jī)床大型構(gòu)件制造或者安裝完成后，要調(diào)整和改善其性能的 可能性已經(jīng)非常小文章源自solidworks教程網(wǎng)-http://m.66kg.cn/3732.html

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• 裝配后主動補(bǔ)償方法。

事先測定變形位移量的大小，在橫梁之外加輔助梁減荷、在橫梁上用鋼索向上牽引等等。業(yè)內(nèi)有學(xué)者提出采用三個液壓缸，將橫梁的載荷卸荷到輔助梁上，并對油缸實施所謂自演進(jìn)系統(tǒng)控制的方式，進(jìn)行變形位移的主動補(bǔ)償，研究表明，該方法可減少變形量近80%。文章源自solidworks教程網(wǎng)-http://m.66kg.cn/3732.html

但該方法的缺點是，沒有考慮到輔助梁本身也會發(fā)生變形，而且增加了一條橫梁的重量，因此難以在工程上實際使用。文章源自solidworks教程網(wǎng)-http://m.66kg.cn/3732.html

• 減少振動對機(jī)床加工的影響

由于振源是客觀存在的，只能盡量消除，除了考慮機(jī)床結(jié)構(gòu)的靜態(tài)變形以外，還必須考慮機(jī)床結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性，找到有效的方法降低振動對加工過程的影響。文章源自solidworks教程網(wǎng)-http://m.66kg.cn/3732.html

確定并消除振源；改善機(jī)床結(jié)構(gòu)，增加其靜動剛度；利用外部消振結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)，增加阻尼效果等。文章源自solidworks教程網(wǎng)-http://m.66kg.cn/3732.html

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預(yù)張力橫梁結(jié)構(gòu)的特點

本文介紹的結(jié)構(gòu)考慮到上述問題，提供一種有效提高橫梁的靜態(tài)剛度和動態(tài)剛度，改善靜動態(tài)性能的大跨距龍門機(jī)床的橫梁結(jié)構(gòu)。文章源自solidworks教程網(wǎng)-http://m.66kg.cn/3732.html

結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，包括有呈簡支梁受力結(jié)構(gòu)的 橫梁1,其支撐在機(jī)床龍門立柱7的承受載荷的頂面71上，其中橫 梁1的長度方向上布置有拱形架2,拱形架2預(yù)先埋設(shè)在橫梁1內(nèi)， 且拱形架2的底面21與龍門立柱7的頂面71接合，在橫向方向不做 固定，拱形架2的頂部與橫梁1接觸，且拱形架2受力后能沿龍門立 柱7的頂面71作橫向微量移動。文章源自solidworks教程網(wǎng)-http://m.66kg.cn/3732.html

拱形架2用鋼板經(jīng)過焊接而成拱形架2布置在橫梁1的長度方向上，并在相應(yīng)的頂部與橫梁緊密接觸，能夠承受相應(yīng)方向上的載荷力。拱形架2的鋼板厚度經(jīng)過分析計 算后確定，因為鋼材彈性模量和屈服強(qiáng)度大于鑄鐵等材料，便于通過 強(qiáng)力變形使之產(chǎn)生內(nèi)張力。

拱形架2的結(jié)構(gòu)在長度方向上是梯形，實際上拱形架也可以是圓弧形拱、三角形拱、橢圓形拱等 任何形狀拱架，至于釆用何種形狀的拱架取決于優(yōu)化設(shè)計分析后的效果。拱形架2的橫截面形狀是矩形，實際上拱形架的橫 截面形狀也可以方形、工字形、U形以及其他帶筋板結(jié)構(gòu)的任何形狀， 采用何種形狀的拱架取決于優(yōu)化設(shè)計分析后的效果。拱形架2的底面 21與龍門立柱7承受載荷的頂面緊密接合，但在橫向方向沒有任何固定，由于移動存在摩擦力，能夠形成一定阻尼效應(yīng)。

拱形架2在其拱頂與拱底之間的位置上沿長度方向設(shè) 置有能形成內(nèi)張力的拉桿3，拉桿3的兩端分別固定在拱形架2的兩 側(cè)。依靠拉桿3的內(nèi)拉力作用在鋼架拱形結(jié)構(gòu)上，形成強(qiáng)大的內(nèi)張力， 并作用在橫梁的關(guān)鍵部位上。

拉桿3包括有左拉桿及右拉桿兩條拉桿，便于釆取工藝措施將拉桿安裝到橫梁內(nèi)置鋼架拱形結(jié)構(gòu)上，左拉桿及右 拉桿的一端分別固定在拱形架2的兩側(cè)，左拉桿另一端與右拉桿另一端之間在連接之前的距離為間隙5，其通過連接件5連接在一起，且連接后消除預(yù)先留下的間隙5。

拉桿3的左拉桿及右拉桿均由活 塞和活塞缸6組成，左拉桿及右拉桿所設(shè)活塞的一端分別固定在拱形 架2的兩側(cè)，左拉桿及右拉桿所設(shè)活塞的另 一端分別置于活塞缸6內(nèi)， 左拉桿及右拉桿的活塞缸6分別通過連接件5連接在一起。連接件5為若干個螺釘，間隙5值的大小經(jīng)優(yōu)化計算分析后確定。

另外，左拉桿及右拉桿的活塞缸6內(nèi)充有起到阻尼作用的 耐高壓液體材料4。活塞缸6內(nèi)充有的耐高壓液體材料4由具有 伺服功能的液壓系統(tǒng)根據(jù)要求提供壓力，并實施自適應(yīng)控制。

原文出處:
CN101456129A 一種大跨距龍門機(jī)床的預(yù)張力橫梁結(jié)構(gòu)
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