高架桥式龙门加工中心横梁部件结构设计及其静动态特性研究

高速加工是近年来机床发展的热点之一,高速加工的出现对大型龙门机床设计提出了更高的要求。传统式龙门机床一般采用工作台移动、横梁静止的设计结构,由于横梁部件质量大,难以实现高速加工;高架桥式龙门加工中心,采用横梁部件移动、工作台静止的设计结构,克服了传统龙门式机床难以适应现代高速加工发展的不足,具有强大的生命力,但同时也对横梁部件的结构设计提出了更高的要求。 课题结合DF5020高架桥式龙门加工中心,以提高机床横梁部件结构刚性、减轻横梁部件质量、满足机床高速加工和良好静动态特性为目的,来对高架桥式龙门加工中心相关部件展开研究。 论文首先在SolidWorks中创建了DF5020加工中心横梁部件的实体模型,对相关的重要结合面接触进行了处理,特别对横梁部件中作为连接件的滚动导轨,采用等直径圆柱代替一排的滚珠简化模型结构,并在有限元软件COSMOSWorks中定义结合面的方法来处理结合面接触;然后模拟DF5020高架桥式龙门加工中心横梁部件工况条件,建立了一个简易实验平台,开展对横梁部件结合面处理方法相似性实验验证研究,通过对实验平台实验测试结果和仿真计算结果对比分析,验证了加工中心横梁部件结合面接触处理方法的可行性。 依据高架桥式机床设计标准手册,对DF5020机床横梁部件展开静动态特性分析,找出了刚性最差、易导致切削振动的零件--横梁和主轴箱。针对主轴箱结构设计中存在的不足,提出了增加盖板的改进措施;对于问题最严重的横梁结构设计,采用四类筋板对比、灵敏度、结构优化设计等方法,重新设计了DF5020的横梁。论文最后提出了一种新型横梁设计构想--拱型预紧结构横梁。 论文研究不仅为大型龙门式机床结合面接触处理技术提供了新方法,而且所得结论可以用于指导实际机床设计,对提高相关产品设计技术水平发挥积极作用。