一、機床基本情（qíng）況介（jiè）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（yǒu）銑鏜功能，並在工作台上設有輔助（zhù）夾爪，適應各種不同直徑（jìng）工件的加工（gōng）要求（qiú），具有（yǒu）較廣的加工範圍。機床由工作台底座、工作台、主傳動箱、C軸分度進（jìn）給箱、立柱、床（chuáng）身、橫梁、垂直車銑刀（dāo）架、側主軸箱、操作係統（tǒng）、電氣係統、液壓係統等部件組成（見圖1）。

       圖1：機床結（jié）構示意（yì）圖

       床身固（gù）定在地基上，立柱（zhù）固定在滑座上並隨滑座一起在床（chuáng）身上移動（dòng），立柱傳動箱安裝在（zài）床身端麵（miàn）上，傳動箱由交流電機驅動，經傳動齒輪和（hé）絲杠—螺（luó）母實現立柱（zhù）移位運動。床身導軌為靜壓卸（xiè）荷導軌，能夠確保立柱移動平穩、省力，立柱移至所需位置後（hòu）自（zì）動夾緊在床身上。

       在立柱頂麵安裝橫梁升降傳（chuán）動機構，由交流電機驅動（dòng），經蝸杆（gǎn）—蝸輪傳動副及絲（sī）杠傳動副，實現橫梁升降運動，在（zài）立柱上（shàng）裝有橫梁（liáng）配重機構，使橫梁運行平穩（wěn）。

       床身及滑座均采用（yòng）優質鑄（zhù）鐵製造，立柱采用優質鋼材焊接結構，並經二次時效（xiào）處理消除內應（yīng）力，以保持（chí）機床的剛度及（jí）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，能否平穩高效運轉，通過分析該機床設計結構特點，對其立（lì）柱設計（jì）結（jié）構的受（shòu）力分析是（shì）保證該機床穩定（dìng）運行的關鍵（jiàn）。

       二、有限元分析內容及結論
 
 
       完（wán）成數（shù）控多（duō）功能單柱移動立式車床立柱結（jié）構的變形分析（xī），分析立柱部件在考慮自重與刀架（jià）、橫梁等重量時，立柱的變形值。

   
       確定不同工作狀況：橫梁在立柱移動狀態下, 計算橫梁行程為3米、4米、5米、6米，考慮刀架在不同位置（zhì）時立柱的變形值。橫梁底麵（miàn）距立（lì）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（xī）的方案為，與立柱輔導軌相鄰的（de）右側筋（jīn）板統（tǒng）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）零部件材料特性

       （二）分析邊界條件

       （三）模型圖（tú）、網格劃分和加載圖。

       圖2：立柱有限元分析模型圖

        
  
       圖3：立柱有限元分析網絡劃分圖

       在進行有限元分析的（de）過程中，我（wǒ）們應注意刀架位於不同（tóng）位置時（shí），橫（héng）梁和刀架的（de）重心位置不同，要注意區（qū）別刀架分別位於左、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，下圖右一為刀架位於（yú）中側加載情況。

       針對不同位置的工作狀況對立柱（zhù）部（bù）件進行有限元（yuán）分析，橫梁（liáng）和主軸（zhóu）箱采用（yòng）力等效方式加載，便於模型簡化和計算（suàn）。等效力如（rú）下：
 
       1. 橫梁、刀架和滑枕重力等效
       2. 前鋼絲繩拉力等（děng）效
       3. 後鋼絲繩拉（lā）力等效
       4. 前後鋼絲繩拉力的配重
       5. 主軸箱（xiāng）重力等效
       6. 主軸箱平衡力等效
       7. 主軸箱配重力等效

       將立柱與滑座接觸麵做固定約束，立柱頂麵（紅（hóng）色區域）施加30噸橫梁配重（chóng）載荷(前後鋼絲繩拉力（lì）的配（pèi）重)和8噸主軸箱滑枕配重載荷(主軸箱配重力（lì）等效)。

       通過分析計算，下（xià）麵為橫梁行程為（wéi）3米、4米、5米、6米，考（kǎo）慮刀架在不同位置時（shí）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（mǐ）立柱各導軌變形值

       圖5：橫梁行（háng）程5米（mǐ）立柱（zhù）各導軌變形值

       圖（tú）6：橫梁行程4米立柱各導軌變形（xíng）值

       圖7：橫梁行程（chéng）3米（mǐ）立柱各（gè）導（dǎo）軌（guǐ）變形（xíng）值

      （ 四）結論

       分析上述曲（qǔ）線圖，橫（héng）梁在立柱移動狀態下，行（háng）程為3米（mǐ）、4米、5米、6米，考慮刀（dāo）架在不同位置時立柱的變形值具（jù）體為：

       橫梁行程6米，刀架在橫梁左端，最大（dà）變形值模（mó）型x方向（xiàng）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（liáng）左端，最大變形值模型x方向0.463mm，y方向0.186mm；刀架（jià）在橫梁中間，最（zuì）大變形值模型x方向0.391mm，y方向0.176mm。
       橫梁行程4米，刀架（jià）在橫梁左端，最（zuì）大變形（xíng）值模（mó）型x方向0.456mm，y方向0.179mm；刀架在（zài）橫梁中間，最大（dà）變形值模型x方向0.386mm，y方向0.170mm。
       橫梁行程（chéng）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（zhōng）間，最大變形值模型x方向（xiàng）0.380mm，y方向0.162mm。

       綜（zōng）合對比分析上述數據，與類（lèi）似（sì）機床的標準變形量相比，該立柱設計結構穩定，剛度（dù）大、抗震性（xìng）好，能滿足機床（chuáng）使用要（yào）求。