一、機床基本（běn）情況介紹

       本機床采用（yòng）單柱移動結構，垂直刀架具（jù）有車銑（xǐ）複合功能，側主軸箱（xiāng）具有銑鏜功能，並在工作台上設有輔助夾爪，適應各種不同直徑工件的加工要求，具有較廣的加工範圍。機床由工作台底座、工作台、主傳動（dòng）箱、C軸分（fèn）度（dù）進給箱、立柱、床（chuáng）身、橫梁、垂直車銑刀架、側主軸箱、操作係（xì）統、電氣係統、液壓係統（tǒng）等部件組成（見圖1）。

       圖1：機（jī）床結構示意圖

       床身固定在地基上，立柱固定在滑座上並隨滑座一（yī）起在床（chuáng）身上移動，立柱傳動箱安裝在床身端麵上，傳動箱由交流電機驅動，經（jīng）傳動齒輪（lún）和絲杠—螺母實現立柱移（yí）位運動。床身導軌為靜壓卸荷導（dǎo）軌，能夠確保立柱移動平穩、省力，立柱（zhù）移至所需位置（zhì）後自動夾緊在床身上（shàng）。

       在立柱頂麵安（ān）裝橫梁升降傳動機構，由交流電機驅動，經蝸杆—蝸輪傳動副及絲杠傳動副，實現橫梁升降運動（dòng），在立柱上裝有橫梁（liáng）配重機構，使橫梁運行平（píng）穩。

       床身及滑座均采用優質鑄（zhù）鐵製造，立柱采用優質鋼材焊接結構，並經二（èr）次時效處理消除內應力，以保持機床的剛度及精度穩定性。為驗證該（gāi）機床是否具備（bèi）高精度、剛度大、抗震性好、可靠性高，能否平穩高效運轉，通過分析該機床設計結構特點（diǎn），對（duì）其立柱設計結構的受力分析是保證該機床穩定運行的關鍵。

       二（èr）、有（yǒu）限元分（fèn）析內容及結論
 
 
       完成數控多功能（néng）單柱移（yí）動立（lì）式車床立柱結構的變形分（fèn）析，分析立柱部件在考慮自重與刀架、橫梁等重量（liàng）時，立（lì）柱的變形值（zhí）。

   
       確定（dìng）不同工作狀況：橫梁在立（lì）柱移動狀態下, 計算（suàn）橫（héng）梁行程為3米、4米、5米（mǐ）、6米，考慮刀架在不同位置時立柱的變形值。橫梁底麵距立柱底麵9200mm，橫梁行程6000mm，刀架左極限位置時滑枕（zhěn）中心距橫梁左端麵880mm，刀架行程4420mm。

       有限元分析的方案為，與立柱輔導軌相鄰的（de）右側筋板統一沿機床坐標係Y向移動180mm，橫（héng）筋立筋厚度均保持20mm不變。

       （一）零部（bù）件材料特性

       （二）分析邊界條件

       （三）模型圖、網格劃分和加載（zǎi）圖。

       圖2：立柱有限元分析模型圖

        
  
       圖3：立柱有（yǒu）限（xiàn）元分析網絡劃分圖

       在進行有限元分析（xī）的過程中，我們應注意刀架位於不同位置時，橫梁和刀架的重心位置不同，要注意區（qū）別刀架分別（bié）位（wèi）於左、中兩種情況時重心的作用位置（zhì），下（xià）圖左一為刀架位於（yú）左側加載情況，下圖右一為刀架位於中側加載情況。

       針對不同位置的工作狀況對立柱部件進行（háng）有限元分析，橫梁和主軸箱采用力等效方式加（jiā）載，便於模型簡化和計（jì）算。等效力如下：
 
       1. 橫（héng）梁、刀架（jià）和滑（huá）枕重力等效
       2. 前鋼絲繩拉力等效
       3. 後（hòu）鋼絲繩拉力等效
       4. 前後鋼絲繩拉力的（de）配重
       5. 主軸箱重力等效
       6. 主軸箱平（píng）衡力等效
       7. 主軸（zhóu）箱配重力等效（xiào）

       將立柱與滑座接觸麵做固定約束，立柱頂麵（紅色區域）施加30噸橫梁配重載荷(前後鋼絲繩（shéng）拉力的配重)和8噸主軸（zhóu）箱（xiāng）滑枕配重載荷(主軸箱配重力等（děng）效)。

       通過分析計算，下麵為橫梁行程為3米、4米（mǐ）、5米、6米，考慮刀架在（zài）不同位置時立柱的前導（dǎo）軌1、前導（dǎo）軌2和後導軌的變（biàn）形值。

        
  
       圖4：橫梁行程6米立柱各導軌變形值

       圖5：橫梁行程5米（mǐ）立柱各導軌變形值

       圖6：橫梁行程4米立柱各導軌變形值

       圖7：橫梁行程3米立柱各導軌變形值

      （ 四）結論

       分（fèn）析上述曲（qǔ）線圖，橫梁（liáng）在立柱移動狀態下，行（háng）程為（wéi）3米、4米（mǐ）、5米、6米，考慮刀架在（zài）不同（tóng）位置時立柱的變形值具體為（wéi）：

       橫梁行程6米，刀（dāo）架在橫梁左端，最大變形（xíng）值模型x方（fāng）向0.473mm，y方向0.195mm；刀架在橫梁中間，最大變形值模型x方向0.396mm，y方向0.183mm。
       橫梁行程5米，刀架在橫梁左（zuǒ）端（duān），最大變形值模（mó）型x方向0.463mm，y方（fāng）向0.186mm；刀架在橫梁（liáng）中間，最大變形值模型x方向0.391mm，y方向0.176mm。
       橫梁（liáng）行程（chéng）4米，刀架（jià）在橫梁左端，最大變形（xíng）值（zhí）模型x方向（xiàng）0.456mm，y方向0.179mm；刀架在橫梁中間，最大變形值模型x方向0.386mm，y方向0.170mm。
       橫梁行程3米，刀架在橫梁（liáng）左端，最大（dà）變形（xíng）值模型x方向0.446mm，y方向0.170mm；刀架在橫梁中間，最大變（biàn）形值模型x方（fāng）向0.380mm，y方向（xiàng）0.162mm。

       綜合對比分（fèn）析上述數據，與類似機床的標準變形量相（xiàng）比，該（gāi）立柱設計結構穩定（dìng），剛度大、抗震性好，能滿足機（jī）床使用要求。