基于ANSYS的定梁龙门机床横梁静力学特性分析及结构优化

曹明，宋春明，张东生，童国荣

（1.陕西理工学院，陕西 汉中 723003；2.汉川数控机床股份公司，陕西 汉中 723003）

0 引 言

大型龙门机床有加工跨距大、加工效率高、刚度高的特点，适用于批量或高精度加工，在航空、汽车等多种领域应用广泛［3］。而横梁是龙门机床的主要支承部件，其结构和静、动态力学特性直接影响机床的加工精度。

本文针对陕西汉川机床有限公司正在研发的某型定梁龙门机床，通过SolidWorks 软件建立其横梁的三维实体模型，然后应用ANSYS 对其进行静力特性分析，得出横梁在自身重力作用下的变形和应力值，查看变形量是否满足机床设计的精度要求，分析横梁受力的薄弱环节，通过对横梁筋板的优化设计，提高其静态刚度及承载能力。

1 横梁的结构和载荷特点分析

1.1 横梁及其内部筋板结构

焊接结构横梁一般不能满足抗弯及抗扭刚性，所以龙门机床横梁大多采用铸造结构。本文分析的横梁三维实体模型及其筋板结构如图1 所示。

图1 横梁及其内部筋板结构

定梁龙门机床的横梁固定在两侧立柱上，工作台做Z 向移动，滑枕带动主轴箱沿横梁导轨做X 向移动，主轴箱做Y 向进给运动，实现对工件的加工。横梁内部分布有筋板，主要作用是承载机床作业中的载荷，抵抗变形，保证加工精度。

1.2 横梁载荷特点分析

横梁是机床的主要支承件，直接决定机床的加工精度，一般通过两端的固定座安装在两立柱上，主轴箱部件在其上做横向移动和纵向进给。横梁受力为两点简支梁支承形式，引起横梁变形的主要原因是自身重力和加工时的切削力［3］，当只考虑自重时，在立柱支点内侧，横梁会在重力方向形成弧面弯曲，支点外侧轻微翘曲。……