一、機床基本情況介紹

       本機床采用單（dān）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（zài）工作台上設有輔（fǔ）助夾爪，適（shì）應各種不同直徑工（gōng）件的加工（gōng）要求，具有較廣的加工範圍。機床由工作台底座、工作台、主傳（chuán）動（dòng）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、液壓係統等部件組成（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（zài）床身端麵上（shàng），傳動箱由交流電機驅（qū）動，經傳動（dòng）齒輪和絲杠—螺母實現（xiàn）立柱移位運動。床（chuáng）身導軌為靜壓卸荷導軌，能夠確保立柱移動平穩、省力，立柱（zhù）移至所需位置後自動夾緊在（zài）床身上。

       在立柱頂麵安裝橫梁升（shēng）降傳（chuán）動機構（gòu），由（yóu）交流電機驅動，經蝸杆—蝸輪傳動副及絲杠傳動副，實現（xiàn）橫梁升降（jiàng）運動，在立（lì）柱上裝有橫梁配重（chóng）機構，使橫梁運行平穩。

       床身及（jí）滑座均采用優質鑄鐵製造（zào），立柱采用優質鋼材（cái）焊接結構，並經二次時效處（chù）理消除內應力，以保持機床（chuáng）的剛度及精度穩定性。為驗證該機床是否具備高精度、剛度大、抗震性好、可靠性高，能否平穩高效運轉（zhuǎn），通過分析該機床設計結構特點（diǎn），對（duì）其立柱設計結（jié）構的受力分析是保（bǎo）證該機床穩定運行的關鍵。

                        圖1：機床結構示意圖

       二（èr）、有限元分析內容及（jí）結論

       完（wán）成數控多功能單柱移動立式車床立柱結構的變形分析（xī），分析立柱部件在考慮自重與刀架、橫梁等重（chóng）量時，立（lì）柱的變（biàn）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時立柱的變形值。橫梁（liáng）底麵距立柱（zhù）底麵9200mm，橫梁行程6000mm，刀架左極限位置（zhì）時（shí）滑枕中心距橫梁左端麵880mm，刀架（jià）行程4420mm。

       有限元分析的方案為，與立（lì）柱（zhù）輔（fǔ）導軌相鄰的右側筋板統一沿機床坐標係Y向移動180mm，橫筋立筋厚度均保持20mm不變。

 
          （一）零部件材料特性

        三 、模型圖、網格（gé）劃分和加載圖。  

       圖2：立柱（zhù）有限元分析模型圖

       圖3：立柱有限元分析（xī）網絡劃分圖

       針對不（bú）同位置的工（gōng）作狀況對立柱（zhù）部件進行有限元分析，橫梁和（hé）主軸箱采用力等（děng）效方式加載，便於模型簡化和（hé）計算。等效力如下：
 
       1. 橫梁（liáng）、刀架和滑枕重力等效
       2. 前鋼絲繩拉力等效
       3. 後鋼（gāng）絲繩拉力（lì）等效
       4. 前後鋼絲（sī）繩拉力的配重
       5. 主軸（zhóu）箱重（chóng）力等效
       6. 主軸箱平衡（héng）力等效
       7. 主軸（zhóu）箱配重力等效

       將立（lì）柱與滑座接（jiē）觸麵做（zuò）固定（dìng）約束，立柱頂麵（miàn）（紅色區域）施加（jiā）30噸橫梁配重載荷(前後（hòu）鋼絲繩拉力的配重)和8噸主軸箱滑枕配重載荷(主軸箱（xiāng）配重力等效)。
通過（guò）分析計算，下麵為橫梁行程為3米、4米、5米、6米，考慮刀架（jià）在不同位置時立柱的前（qián）導軌1、前導軌2和後導軌的變形值。

       圖4：橫梁行程6米立（lì）柱各導軌變形值

       在進行有限元分析的過程中，我們（men）應注意刀架位於不同（tóng）位（wèi）置時，橫梁（liáng）和刀架的重心位（wèi）置不同，要注意區別刀架（jià）分別位於左、中兩種情況時重（chóng）心的作（zuò）用位（wèi）置（zhì），下圖左一為刀架位於左側加載（zǎi）情況，下圖右一為刀（dāo）架（jià）位於中側加載情（qíng）況（kuàng）。

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

       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（zhí）

    
       四、結論

       分析上（shàng）述曲線圖，橫梁在立柱移（yí）動狀態下，行（háng）程為3米、4米、5米、6米，考慮刀架在不同位置時立（lì）柱的變形值具體為：

       橫梁行程6米，刀架在橫梁左端，最大（dà）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，刀架在橫梁左端，最大變形值模型x方向0.463mm，y方向0.186mm；刀架在橫梁中間，最大變形值模型x方（fāng）向0.391mm，y方向（xiàng）0.176mm。
 
       橫梁行程4米，刀架在橫（héng）梁左端，最大變形值模型x方向0.456mm，y方向0.179mm；刀架在橫梁中間，最大變形值模型x方向0.386mm，y方向0.170mm。
 
       橫梁行程3米，刀架在橫梁左（zuǒ）端，最大變形值模（mó）型x方向0.446mm，y方向0.170mm；刀架（jià）在橫（héng）梁中（zhōng）間，最大變形值模型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比，該立柱設（shè）計（jì）結（jié）構穩定，剛度大、抗震性好，能滿足機床使用要求。