一、機床基本情況介紹

       本機床（chuáng）采用單柱移動結構，垂直刀架具有車銑複合功能，側主軸箱具有銑鏜功（gōng）能，並在工作台上設有輔助夾爪，適應各種不同直（zhí）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（gōng）作台、主（zhǔ）傳動箱、C軸分（fèn）度進給箱、立柱、床身、橫梁、垂直（zhí）車銑刀架、側主軸箱、操作係統、電氣係統（tǒng）、液壓係統等部件組成（見圖1）。

       圖1：機床（chuáng）結構示意圖

       床身固定在（zài）地基上，立柱固定在滑座上並（bìng）隨滑（huá）座一起在床身上移（yí）動，立柱傳動箱安裝在床身端麵上，傳動箱由交流電機驅動，經傳動齒輪和絲杠—螺母實現立柱移位運（yùn）動。床身導軌為（wéi）靜壓卸荷導軌，能夠確（què）保立柱移動平穩、省力，立（lì）柱移（yí）至所需（xū）位置後（hòu）自動夾緊在床身上。

       在立柱頂麵安裝橫梁升降傳動機構，由交（jiāo）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，在立柱上裝有橫梁配重機構，使橫梁運行平穩。

       床身及滑座（zuò）均采（cǎi）用優質鑄鐵（tiě）製造，立柱（zhù）采用優（yōu）質鋼材焊接結構，並（bìng）經二次時效處理消除內應力，以保（bǎo）持機床的剛度及精度穩定性。為驗證該機床是（shì）否具備高精度、剛度大、抗震性好、可靠性高，能（néng）否平穩（wěn）高效運轉（zhuǎn），通過分析該機床設計結構特點，對其立柱設計結（jié）構的受力分析是保證該機床穩定運（yùn）行的關鍵。

       二、有限元分析內容及結論（lùn）
 
 
       完成數控（kòng）多功（gōng）能單柱移動立（lì）式車床立柱結（jié）構的變形分析，分析立柱部件在考慮自重與刀架（jià）、橫梁等重量時，立柱（zhù）的變形值。

   
       確定不同工作狀況：橫梁在立（lì）柱移動狀（zhuàng）態下, 計算橫梁行（háng）程為3米、4米、5米、6米，考慮刀架在不（bú）同位置時立柱的變形值。橫梁底麵距立柱底麵（miàn）9200mm，橫梁行程6000mm，刀架左極限位置時滑枕中（zhōng）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右側筋板統一沿機床（chuáng）坐標係（xì）Y向移動180mm，橫筋立筋厚度均保持（chí）20mm不變。

       （一）零（líng）部件材料特性

       （二）分析邊界條件

       （三）模型圖、網格劃分和加載圖。

       圖2：立柱有限元分析模型圖

        
  
       圖3：立柱有限元分析網（wǎng）絡劃分（fèn）圖

       在進行有限元分析的過（guò）程中，我們（men）應注意刀架位於（yú）不同位置時，橫梁和刀架的重心位置不同，要注意區別刀架分別位於左（zuǒ）、中兩種情況時重心的作用位置，下圖左一為刀架位於（yú）左側加（jiā）載情況，下圖右一為刀架位於中側加載情況。

       針（zhēn）對不同位置的工作狀況對立柱部件進行有限元分析（xī），橫梁和主軸箱采用力等效方式加載，便於模型簡化和計算。等效力如下：
 
       1. 橫梁、刀架和滑枕（zhěn）重力（lì）等效
       2. 前鋼絲繩拉力等效
       3. 後鋼絲繩拉力等效
       4. 前後（hòu）鋼絲繩拉力的配重
       5. 主軸箱重力等效
       6. 主軸箱（xiāng）平衡力等效
       7. 主軸箱配重力（lì）等效（xiào）

       將立柱與滑座接觸（chù）麵做固定約束（shù），立柱（zhù）頂麵（紅色區域）施加（jiā）30噸橫梁配重載荷(前後（hòu）鋼絲繩拉力的配（pèi）重)和8噸主軸箱滑枕配（pèi）重載荷(主軸箱配重力等效)。

       通過分析計算，下麵為橫（héng）梁行程為3米、4米、5米、6米，考慮（lǜ）刀架（jià）在不同位置時立柱的前導軌1、前導軌2和後導軌的變形值。

        
  
       圖4：橫梁行程6米立柱各導軌變形值

       圖（tú）5：橫梁行程（chéng）5米立柱各導軌變形值

       圖6：橫梁行程4米立柱各導軌（guǐ）變形值

       圖7：橫梁行程3米（mǐ）立柱各導軌變形值

      （ 四）結論

       分析上述曲線圖，橫梁在立（lì）柱移動狀態下，行程為3米、4米、5米、6米，考慮刀架在不同位（wèi）置時立柱的（de）變形值具體為：

       橫梁行程6米，刀架在（zài）橫梁左端，最（zuì）大變形值模型x方向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（héng）梁左端，最大變形值模型x方向0.463mm，y方向0.186mm；刀架在（zài）橫梁中間，最大變形值模型x方向0.391mm，y方向（xiàng）0.176mm。
       橫梁行程4米，刀架（jià）在橫梁（liáng）左端，最大變形值模型x方向0.456mm，y方向0.179mm；刀（dāo）架（jià）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，刀架在橫梁左端，最大變形值模型x方向0.446mm，y方向0.170mm；刀（dāo）架（jià）在橫（héng）梁中間，最大變形值模型x方向0.380mm，y方向0.162mm。

       綜合對比分（fèn）析上述數據，與類（lèi）似（sì）機床的標準變形量相比，該立柱設（shè）計結構穩定，剛度大、抗震性好，能滿足機床使用要（yào）求。