龙门机床横梁的仿形加工-.pdf

C A D C AM／ C A 直甩 1p p l i c a t i o n o f C A D／ C A M／ C A P P 龙门机床横梁的仿形加工 中捷机床有 限公 司 辽宁沈阳 1 1 0 1 4 2 王道 明 郭志超 齐延 男 长安大学工程机械 学院 陕西西安7 1 0 0 6 4 刘清涛 对于龙 门机床而言 ，横梁是机床结构的重要 组 成部分，其力学性能直接影响机床的加工精度。在 机床安装调试过程中，横梁经常因为 自重及 受载后 发生变形 ，致使龙门机床横 梁方向直线度经 常不 合 要求 ，需要反复加修 ，影响安 装进度。为此 ，本 文 提出通过有限元分析和实际检测相结合的方法来解 决此问题。 1 ．横梁工艺分析 横梁是重要承载构件，一般通过两端部螺钉联 接固定在两立柱上 ，滑板 主轴箱等构件在其上横 向 移动 ，如图 1所示。横梁 承受滑板 、主轴箱等构件 的重力及切 削力作用 ，需要有较高 的静态和动态刚 度 ，龙门机床 的验收要求滑板沿横梁运动方 向 即 龙门机床的 y轴 的正 向和侧向直线度符合特定规 范 横梁 材质 多为铸铁 ，龙 门横梁正 面 B和侧面 是影响龙 门机床 l ， 轴正向和侧 向直线度的主要因素 ， 因此这两面的加工精度极为重要 ，一般 B 、c面有平 面度和直线度的限制 ，A面需要给出相对于B面的垂 直度和直线度要求 。目前 ，针对该 问题 ，设计人 员 大多只是给 出精度要求的具体数值 ，依照传统加工 方法 ，铣 、磨 A面和 日面 以达到精度要求。但在实 践中发现 ，在滑板和主轴箱安装之后 ，横梁受 自重 、 滑板和主轴箱的翻转力矩作 用而发生变形 ，使得横 梁直线度经常难以保证 ，如图 2所示。 如一长 6 m的机床横梁 ，y向行程 4 1 0 0 ra m，机 床几何精度 y 轴正面和侧面直线度要求 0 ． 0 3 ra m，在 横梁安装在立柱上之前 ，测得横梁 面和 B面直线 度为 0 ． 0 3 m m，满足设计要求 ，但是安装之后发现 A 面直线度全长 0 ． 0 6 m m，B面0 ． 0 7 ram，C面0 ． 0 6 mm； 不合要求 ，要多 次调整、加修 ，浪 费工 时，增加 了 7 6 参 磊 工 。 棚工 。 ． ’ 堋p ’碍 朋上 加工成本 ，安装进度难以推进。 图1 横梁立柱装配 图2 横梁立柱变形 2 ．横梁仿形加工 仿形加工关键是要找到仿形加工 曲线 ，本文采 用有限元分析和实际检测的方法 ，对横 梁 面求得 其仿形加工曲线，具体过程如下 1 横梁有限元分析 对铸件本身缺 陷及重力 的影响，仅考虑横梁受外力作 用引起的变形 ，本文 采用 S o l i d w o r k s s i m u l a t i o n对滑板位 于横 梁任意位置 时的受力情况进行有限元分析 ，得出 A面变形 曲线。 当滑板位于横梁中点时的横梁变形 曲线如图 3所示， 此时分析的约束条件处理为横梁和立柱结合面的螺 钉联接 ，滑板和 横梁 面面接 触 ，滑 板上压 板 与横 梁 面面接 触 ，载荷 处理 为滑板 和主 轴箱 自重 ，主 轴 箱相对 于滑板 位 置取机 床几何 精度 检验 时所处 位 置 。 滑板位置 距横梁一端2 0 0 0 mm A 面 变形曲线 - 0 0 0 2 - 0．0 0 3 二 8 - 00 0 6 8 8 8 7 - 00 0 9 -0 O1 O - 0 ．Ol 1 - 001 2 图3 滑板位于横梁中点时横梁A面变形图 不改变 约束条件 ，采用 S o l i d w o r k s s i m u l a t i o n模 拟滑板在横梁上不 同位置时 的受力 情况 ，通过 有限 元分析求解得出滑板 在横梁上不 同位置时横梁 对应 面变形曲线 ，整理 出滑板移动时横梁变形 的曲线 M， 然后，相对于 0线镜像 曲线得到 曲线 c ，曲线 C 即为不考虑横梁 自重 时的横梁加工 曲线 注 此 时 不考虑 自重是因为横梁铸件本身材质分布不完 全均 一 。 2 横梁的仿形加工 横梁仿形加工具体过程 如下①如 图 4所示 ，将横 梁平放 ，正面朝上 ，两 端 4个 支撑 块 支承 ，A 、B面精 铣 ，留加 工 余 量。 ②模拟横梁工作 时的放置状 态，如图 5所示。 自然 时效处理一定时间后 ，测量 4面变形量 可用水平 仪 ， 求 出其变形 曲线 ，即直线度曲线 D， 见 图6 ，c 线与 D线的对应点做减运算 ，得到对应 面仿形加工 的 B曲线 。③横梁再放 回与如图 4所示的位置，依 照 B线对横梁对 A面进行仿形加工 ，此处为最后一 道工序，一般在磨床上采用数控 编程进行加 工。如 果按照图5加工 ，获得 的结果将更加精 确，但 受机 床加工条件 限制 ，一般只能采用图 4位 置加工 最后 一 道工序。 图4 横梁平放加工 图 6中曲线含义解释如下。 C AD ／ C A M／ C AP P直 甩 1p p l i c a t i o n o f C AD／ C A M／ C AP P 图5 横梁实际工作状态检测 图6 横梁仿形加工曲线示意 A线为 D线向上平移线；B线为修正后的加工曲 线 含横梁实际 自重 ，用 C线对应位置数值减去 D 线对应位置数值可得到该曲线；C线为分析得到的横 梁不含 自重的理论 加工 曲线；D线为测量 出的横梁 自重弯曲线 ；0线为水平的表示 O，向上为 ，向下 为 一；E线 、F线 表示立柱支承位置。 线与 B线之间的区域为横梁加工去除部分 ；曲 线可根据实 际需要 确定计量点 ，如 每 2 0 0 ram一个。 以同样方法可以对 日、c面进行仿形加工。 通过横梁受力的有限元分析 ，确定 出横梁不考 虑 自重时的加工曲线，而后 以测得 自重时横梁的变 形曲线对不考虑 自重时的加工 曲线进行修正，得到 最终的仿形加工曲线。仿形加工 曲线事先考虑到横 梁受 自重及外力作用的变形情况 ，使龙 门机床 y轴 直线度在一次安装后 即可满足要求。因为有限元 分 析结果 的误 差，会使得仿形 曲线有一定误差 ，但一 般局部修配 即可满足要求。 3 ．结语 采用对横梁进行有 限元分析 的方法 ，求 出横梁 受力后 的理论 变形 曲线 ，并 对其进行 修正 ；然后 ， 按此曲线对横梁进行仿形加工，使得加工 出的横梁 一 次性安装一般可 以满足几何精度要求 ，避免 了盲 目、反复加修横梁 ，加快 了机床安装进度 ，降低 了 成本 ，同时可为其他类似产品加工提供参考。MW 收稿 日期 2 0 1 1 0 5 1 7 参铷 r⋯ www． m e t ol W o r l o nfl t o m 7 7 “n - l