大跨距龙门机床横梁的的预张力结构

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龙门机床是机械加工制造中的重要设备之一。其中机床的横梁部件直接关系到整机的性能。根据工作状态，横梁受力结构为两点简支梁支承形式，横梁上装有可移动主轴和主轴箱。当横梁跨度较大时， 位于不同位置的主轴和主轴箱与横梁本身的重量一道，导致横梁变 形，并造成横梁上的工作主轴产生不同形式的向下位移。在交变的切 削力作用下，整个横梁系统也会发生弹性振动变形，横梁变形基本结 构如图1所示。

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为了提高机床横梁的静刚度性能

  • 正确选择横梁的截面形状；
  • 釆用封闭界面的构件；
  • 合理选择及布置隔板和筋条；
  • 借助于外部装置，釆用液力油缸平衡移动部件因位置变动造成 的变形；
  • 釆用钢板焊接结构增加静刚度、减轻结构重量，增加构件本身的阻尼等。
  • 釆取的工艺措施有：对横梁导轨面实施预拱形加工；对横梁导轨面实施反变形加工；
  • 材料工艺上则是尽量釆用高牌号的铸铁，提高材料的弹性模量参数；
  • 在封闭的箱体内充入沙质材料，利用 内摩擦吸收振动能量等。

但以上措施都是被动的，相对来说是固定的， 也就是在机床大型构件制造或者安装完成后，要调整和改善其性能的 可能性已经非常小文章源自 solidworks教程网 http://gocae.comsolidworks教程网-http://gocae.com/3732.html

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  • 装配后主动补偿方法。

事先测定变形位移量的大小，在横梁之外加辅助梁减荷、在横梁上用钢索向上牵引等等。业内有学者提出采用三个液压缸，将横梁的载荷卸荷到辅助梁上，并对油缸实施所谓自演进系统控制的方式，进行变形位移的主动补偿，研究表明，该方法可减少变形量近80%。文章源自 solidworks教程网 http://gocae.comsolidworks教程网-http://gocae.com/3732.html

但该方法的缺点是，没有考虑到辅助梁本身也会发生变形，而且增加了一条横梁的重量，因此难以在工程上实际使用。文章源自 solidworks教程网 http://gocae.comsolidworks教程网-http://gocae.com/3732.html

  • 减少振动对机床加工的影响

由于振源是客观存在的，只能尽量消除，除了考虑机床结构的静态变形以外，还必须考虑机床结构的动态特性，找到有效的方法降低振动对加工过程的影响。文章源自 solidworks教程网 http://gocae.comsolidworks教程网-http://gocae.com/3732.html

确定并消除振源；改善机床结构，增加其静动刚度；利用外部消振结构控制系统，增加阻尼效果等。文章源自 solidworks教程网 http://gocae.comsolidworks教程网-http://gocae.com/3732.html

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预张力横梁结构的特点

本文介绍的结构考虑到上述问题，提供一种有效提高横梁的静态刚度和动态刚度，改善静动态性能的大跨距龙门机床的横梁结构。文章源自 solidworks教程网 http://gocae.comsolidworks教程网-http://gocae.com/3732.html

结构示意图如图2所示，包括有呈简支梁受力结构的 横梁1,其支撑在机床龙门立柱7的承受载荷的顶面71上，其中横 梁1的长度方向上布置有拱形架2,拱形架2预先埋设在横梁1内， 且拱形架2的底面21与龙门立柱7的顶面71接合，在横向方向不做 固定，拱形架2的顶部与横梁1接触，且拱形架2受力后能沿龙门立 柱7的顶面71作横向微量移动。文章源自 solidworks教程网 http://gocae.comsolidworks教程网-http://gocae.com/3732.html

大跨距龙门机床横梁的的预张力结构

拱形架2用钢板经过焊接而成拱形架2布置在横梁1的长度方向上，并在相应的顶部与横梁紧密接触，能够承受相应方向上的载荷力。拱形架2的钢板厚度经过分析计 算后确定，因为钢材弹性模量和屈服强度大于铸铁等材料，便于通过 强力变形使之产生内张力。

拱形架2的结构在长度方向上是梯形，实际上拱形架也可以是圆弧形拱、三角形拱、椭圆形拱等 任何形状拱架，至于釆用何种形状的拱架取决于优化设计分析后的效果。拱形架2的横截面形状是矩形，实际上拱形架的横 截面形状也可以方形、工字形、U形以及其他带筋板结构的任何形状， 采用何种形状的拱架取决于优化设计分析后的效果。拱形架2的底面 21与龙门立柱7承受载荷的顶面紧密接合，但在横向方向没有任何固定，由于移动存在摩擦力，能够形成一定阻尼效应。

拱形架2在其拱顶与拱底之间的位置上沿长度方向设 置有能形成内张力的拉杆3，拉杆3的两端分别固定在拱形架2的两 侧。依靠拉杆3的内拉力作用在钢架拱形结构上，形成强大的内张力， 并作用在横梁的关键部位上。

大跨距龙门机床横梁的的预张力结构

拉杆3包括有左拉杆及右拉杆两条拉杆，便于釆取工艺措施将拉杆安装到横梁内置钢架拱形结构上，左拉杆及右 拉杆的一端分别固定在拱形架2的两侧，左拉杆另一端与右拉杆另一端之间在连接之前的距离为间隙5，其通过连接件5连接在一起，且连接后消除预先留下的间隙5。

拉杆3的左拉杆及右拉杆均由活 塞和活塞缸6组成，左拉杆及右拉杆所设活塞的一端分别固定在拱形 架2的两侧，左拉杆及右拉杆所设活塞的另 一端分别置于活塞缸6内， 左拉杆及右拉杆的活塞缸6分别通过连接件5连接在一起。连接件5为若干个螺钉，间隙5值的大小经优化计算分析后确定。

另外，左拉杆及右拉杆的活塞缸6内充有起到阻尼作用的 耐高压液体材料4。活塞缸6内充有的耐高压液体材料4由具有 伺服功能的液压系统根据要求提供压力，并实施自适应控制。 

原文出处:
CN101456129A 一种大跨距龙门机床的预张力横梁结构
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  • 本文由 smellycat Published on 2018年12月20日