基于有限元方法的龙门式机床横梁仿形技术的研究

1 横梁弯曲变形机理及解决方法综述

龙门式机床凭借其结构上的先天优势，具有刚性好、加工范围广、加工精度易保证等优点，在机加工行业中得到广泛应用。一台典型的龙门机床通常由床身、工作台、横梁、立柱、滑板、滑枕等结构件组成。其中，横梁及两个立柱构成了龙门框架。

依照力学原理，横梁可以简化为两端固定梁，在自身重量(均布载荷)和移动部件重量(集中载荷)双重作用下产生弯曲及扭转变形，最终影响横梁导轨直线度。对于大型龙门设备，横梁弯曲变形也是影响整机精度的最主要原因之一。目前，解决这一问题的途径可归结为两大类:

第一类，改变横梁内部筋腔布局［1］，或者在横梁外部增加抗弯梁［2］等。此类方法从横梁自身结构入手，提高横梁整体的抗弯刚度，进而减小变形。但此类方法并不能从根本上消除横梁弯曲变形所产生的导轨直线度误差。而且，增加抗弯梁(卸荷梁)后，横梁截面形状不规则，为机床其他部件的布置增加困难。

第二类，通过分析计算，得到横梁在综合受力状态下的变形曲线。并依照曲线仿形加工横梁导轨，抵消弯曲变形。此类方法理论上可以消除自重导致的变形，但由于计算量庞大，且导轨形式多样(滚动导轨、滑动导轨、静压导轨等) ，设计过程中经常借助有限元分析软件进行分析计算，并需要依据不同导轨形式选择加工方案。

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结语

通过对滚珠丝杠支承端轴承易损坏的现象总结分析，找出了造成滚珠丝杠定位精度不稳定、个别轴承损坏的主要原因，提出结构设计改进方案及改进措施，并成功应用于数控机床的丝杠传动中，提高了滚珠丝杠传动的可靠性，提高的数控机床的整体产品质量，对同类产品的设计起到借鉴作用。