一、機（jī）床基本（běn）情況介紹

       本（běn）機床采用單柱移動結構，垂直刀（dāo）架具（jù）有車銑複合功能，側主軸（zhóu）箱具有銑鏜功能，並在工作台上（shàng）設有輔助（zhù）夾爪，適應各（gè）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（zuò）台底座、工作台、主（zhǔ）傳動箱（xiāng）、C軸分度進給箱、立柱、床（chuáng）身、橫梁、垂（chuí）直車銑刀架、側（cè）主軸箱、操作係統、電氣係統、液壓係統等部（bù）件組成（見圖1）。

       床身固定在地基上，立柱固定在滑座上並隨滑座一起在床身上移動，立柱傳動箱安裝在床身端麵（miàn）上，傳動箱由交流電機驅動，經傳動齒輪和絲杠—螺母實現立（lì）柱移（yí）位運動。床身導軌（guǐ）為靜壓卸荷（hé）導軌，能（néng）夠確保（bǎo）立柱移動平穩、省力，立（lì）柱移至所需位置後自動夾緊（jǐn）在床（chuáng）身上（shàng）。

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

       床身及滑座均采用優質鑄鐵製（zhì）造，立柱采用優質（zhì）鋼材焊接結構，並經二次時效處理消除內應力，以保持機床的剛（gāng）度及精度（dù）穩（wěn）定性。為驗證該機床是否具備高精度、剛度大、抗震性（xìng）好、可靠性高，能否平穩高效運轉，通過分析該（gāi）機床（chuáng）設計結構特點，對（duì）其立（lì）柱設計結構的受力分析是保證該機床穩定運行的關鍵。

                        圖1：機床結構示意圖

       二、有限元分析內容及結論

       完成數控多（duō）功能單柱移動立式（shì）車床立柱結構的變形分（fèn）析，分（fèn）析立柱部（bù）件（jiàn）在考慮自重與刀架、橫梁等重量時，立柱的變形（xíng）值。

       確定不同工（gōng）作狀況：橫梁在立柱移動狀態下, 計算橫梁行程為（wéi）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（miàn）9200mm，橫梁（liáng）行程6000mm，刀架左極限位置時滑枕中心距橫梁左端麵880mm，刀架行程4420mm。

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

 
          （一）零部件（jiàn）材料特性（xìng）

        三 、模型圖、網格劃分（fèn）和加（jiā）載圖。  

       圖2：立柱有限元分析（xī）模型圖

       圖3：立柱有限元分析網絡劃分圖

       針對不同位置的工作狀況對立柱部件（jiàn）進行有限元分析，橫梁和主軸箱采用力等（děng）效方（fāng）式加載，便於模型簡化和計算。等效力如（rú）下：
 
       1. 橫梁、刀（dāo）架和滑枕重力等效
       2. 前鋼絲繩拉力等效
       3. 後鋼絲繩拉力等效
       4. 前後鋼絲繩拉力的配重
       5. 主軸箱重力等效
       6. 主（zhǔ）軸（zhóu）箱平衡力等效
       7. 主軸箱配重力等效

       將立柱與滑座（zuò）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（hé）8噸主軸箱滑枕配重載荷(主軸箱配重力等效)。
通過分析計算，下麵（miàn）為橫梁行程為3米、4米、5米、6米，考慮刀架在不同位置時立柱（zhù）的前（qián）導軌1、前導軌2和後導（dǎo）軌的變形值。

       圖4：橫梁行程6米立柱各導軌變形值

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

       圖5：橫梁行程5米立（lì）柱（zhù）各導軌變形值

       圖6：橫梁行程4米（mǐ）立柱各導軌變形值

       圖7：橫梁行（háng）程3米立柱各導（dǎo）軌變形值

    
       四、結論

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

       橫梁行程6米，刀架在橫梁左端，最大變形值模型x方向0.473mm，y方（fāng）向0.195mm；刀架在（zài）橫梁中間，最大變形值（zhí）模型x方向0.396mm，y方向0.183mm。
 
       橫梁行程5米，刀架在橫梁左端，最大變（biàn）形值模型x方向0.463mm，y方向0.186mm；刀架在橫梁中（zhōng）間，最（zuì）大變形值（zhí）模型x方向（xiàng）0.391mm，y方向0.176mm。
 
       橫梁行程4米，刀架在橫梁左端，最大（dà）變形值模型x方向0.456mm，y方向0.179mm；刀架在橫梁中間，最大變形值（zhí）模型（xíng）x方向0.386mm，y方向0.170mm。
 
       橫梁（liáng）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；刀架在橫梁中間，最大（dà）變形值模型x方向0.380mm，y方向0.162mm。
 
 
       合對比分析上述數據，與類似機床的標準變形量相（xiàng）比，該立柱設計結構（gòu）穩定，剛度大（dà）、抗震性好，能滿足（zú）機床使用要求。