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龙门机床的结构1. 引言龙门机床是一种常见的数控机床，其结构和工作原理在制造业中具有重要的地位。
本文将详细介绍龙门机床的结构和组成部分，以及其工作原理和特点。
2. 龙门机床的组成部分龙门机床主要由以下几个部分组成：2.1 机床床身机床床身是龙门机床的基础部分，用于承载整个机床的重量和工作力。
通常采用铸铁材料制造，具有足够的刚性和稳定性。
机床床身上安装有导轨、滑块等零部件，用于支撑和导向工作台、横梁等组件的运动。
2.2 工作台工作台是龙门机床上的工作平台，用于固定和夹持工件。
工作台通常由铸铁或钢板制成，表面经过加工，具有一定的平整度和硬度。
工作台上还可以安装夹具、刀具等辅助工具，用于加工工件。
2.3 横梁横梁是连接两个立柱的横向框架，起到支撑和稳定的作用。
横梁通常由铸铁或焊接钢板制成，具有足够的强度和刚性。
横梁上可以安装横梁滑块，用于支撑和导向工作台的运动。
2.4 立柱立柱是支撑整个龙门机床的垂直柱状零件，起到支撑和定位的作用。
立柱通常由铸铁或焊接钢板制成，具有足够的强度和稳定性。
立柱上安装有导轨、滑块等零部件，用于支撑和导向横梁的运动。
2.5 主轴主轴是龙门机床上的主要加工部件，用于驱动刀具进行切削加工。
主轴通常由电机、主轴箱和主轴头组成。
主轴箱安装在横梁上，通过传动装置将电机的动力传递给主轴头，驱动刀具进行加工。
2.6 控制系统控制系统是龙门机床的核心部分，用于控制和调节机床的运动和加工过程。
控制系统通常由数控装置、伺服系统、编码器等组成。
数控装置负责接收和处理指令，将指令转换为机床的控制信号。
伺服系统负责控制驱动装置，使机床按照指令进行运动。
3. 龙门机床的工作原理龙门机床的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：3.1 加工准备首先，将工件固定在工作台上，并根据加工要求选择合适的刀具。
然后，通过控制系统设置加工参数，如切削速度、进给速度等。
3.2 加工过程在加工过程中，控制系统将指令发送给伺服系统，伺服系统根据指令控制电机的转速和位置。
第39卷第5期 齐 齐 哈 尔 大 学 学 报（自然科学版） Vol.39,No.5 2023年9月Journal of Qiqihar University(Natural Science Edition)Sep.,2023龙门加工中心横梁的优化设计罗京，包丽（齐齐哈尔大学 机电工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006）摘要：通过对某横梁进行静、动态特性分析，找出横梁的薄弱位置，以横梁的柔度最小为目标函数，运用变密度法对其进行拓扑优化，确定去除材料。
通过对4种不同结构筋板的静态性能和动态性能进行比较，确定了井字型结构性能最优。
优化结果表明，改进后横梁的质量减少2508kg，位移变形量减小16.29%，1～3阶模态的固有频率分别提高了7.40%, 7.72%, 12.32%，为龙门加工中心横梁的结构设计提供了一定的理论依据。
关键词：龙门加工中心；横梁；有限元分析；优化设计中图分类号：TG659 文献标志码：A 文章编号：1007-984X(2023)05-0045-04龙门加工中心是一种重要的机床类型，在国家机床制造业中扮演着关键角色。
它不仅为国民制造提供了强大的支持，而且还为经济发展做出了巨大贡献。
近年来，我国高端机床消费额一直保持全球第一的地位，数控机床已成为市场的主流，其加工效率高、刚度大、跨度大、精度高等特点，使其在大型零件制造中发挥着不可替代的作用，并且在国民经济的各个领域得到了广泛的应用，为国家经济发展提供了强有力的支撑[1]。
横梁是机床中不可或缺的关键零部件，传统的设计中，横梁质量较大，刚度储备过剩。
横梁自身重力的原因会使横梁产生较大的变形，因此，减少横梁的质量，降低生产成本，将对进一步提高机械设备的整体加工精确度和效能有着重要的指导作用。
研究表明，经过改善龙门加工中心横梁的构造，能够显著提升其总体效能。
王琨等[2]通过对龙门铣床进行灵敏度分析，以横梁质量为目标函数对横梁结构参数进行优化，使得横梁质量减轻1082.1kg，一阶固有频率提高5.81 Hz，取得良好轻量化效果。
龙门铣床的功能特点1.本机床由床身、左右立柱、龙门顶构成龙门式热对称结构。
2.横梁通过传动结构在左、右立柱导轨上升降移动。
3.横梁机械自动锁紧，横梁升降与锁紧连锁，运行安全可靠。
4.横梁上配有立铣头进给机构。
5.工作台在床身导轨上往复运动，由伺服电机驱动丝杠和变速箱来共同完成，工进电机采用伺服电机，速度无级可调。
实现工作台的快速进退。
6.三轴数显。
7.机床的床身导轨供油采用独立泵站供油系统完成。
8.机床配有一套电器柜、一套悬挂按钮站，机床操作在悬挂按钮站上。
四、龙门架部分（一）、龙门架部分床身作为龙门铣床的基础部件，内部若干纵、横向筋板，使床身有较高的刚度。
床身导轨为双矩形滑动导轨，采用压板镶条结构，保证工作台良好的导向与平稳。
床身两侧通过高强度螺栓及圆锥销与左右立柱连为一体，左、右立柱与连接梁组成坚固的龙门式框架结构，可加工长4000mm，宽1600mm高1200mm及可承重6t的工件。
左、右立柱和机床床身为热对称结构。
经有限元法分析，使机床大件及整机具有高强度、高刚度、高吸振性的特点。
在刚度匹配标准中，龙门架的（X）向刚度和扭转刚度分配占较大的比例，新型龙门铣在传统立柱基础上在（X）向上加宽，增强了刚度，保证龙门框架具有足够的刚度和强度。
（二）、工作台部分2.1 工作台规格长4000mm 宽1200mm ，工作台安装在床身上由变速箱驱动丝杠、螺母机构，来拖动工作台往复运动，工进由伺服系统控制，实现进给无级调速。
当工作台需要快速进退时，由变速箱上的快进电机完成。
2.2工作台导轨黏贴聚四氟乙烯导轨软带。
摩擦系数仅为铸铁导轨的1/3，导轨使用寿命较原来提高10倍。
并使工作台低速铣削进给平稳。
2.3、床身导轨与工作台导轨滑动润滑采用开放式润滑，有独立泵站（油泵电机0.25kw）强制供油润滑系统，使导轨油膜厚度保持平均，以利于加工精度。
2.4、工作台行程由感应开关电气控制，工作台侧面配有行程调节机构。
X2012龙门铣床大修改造技术方案一、机床现状该龙门铣床X2012(1250×4000)，为北京第一机床厂1973年5月生产，设备编号：73012。
目前机床导轨磨损严重，各传动系统间隙较大，电气控制系统元件老化。
机床需大修和改造，恢复精度和功能。
二、机械部分大修改造方案1、机床导轨精度修复：床身导轨各面进行精刨，高频淬火处理，淬火后精磨，表面硬度达到HRC45-52；立柱、横梁导轨各面进行精磨或刮研后电火花淬火处理；导轨直线度达到每米不大于0.02毫米，全长不大于0.06毫米。
2、工作台精度修复：工作台导轨面与床身导轨面合研，结合面每25mm×25mm平面内接触点数不少于8个点；工作台上表面自精铣，平面度不大于0.04毫米，恢复工作台几何精度；工作台加装德普球栅尺装置。
3、工作台进给系统修复：检修工作台减速箱，更换全部轴承（全部哈尔滨）；更换损坏、磨损严重齿轮和传动轴等零部件；检修工作台蜗杆、蜗杆条、传动轴、联轴器，更换全部轴承；更换电机，选用节能型YE2系列交流变频电机，采用“矢量变频驱动器+节能变频电机+减速机+蜗杆副”的传动结构，实现工作台进给变频控制无级调速。
4、铣头箱修复：重新刮研铣头箱各溜板与导轨配合面，配刮合研各压板、镶条；检修主轴箱内的齿轮、传动轴、轴承、拨叉、主轴、套筒等零件；特别注意检测主轴锥孔径向跳动（端部）0.01毫米、端面的跳动度0.015毫米，套筒外径的尺寸，如磨损严重且不能修复的需全部更换；检修主轴夹紧装置，更换磨损严重零件；恢复铣头主轴箱的主轴精度和各项功能。
更换主轴传动电机，型号为YE2160-4/15,功率15KW；立铣头加装德普球栅尺装置。
5、6、铣头箱进给系统改造：拆除原机传动丝杠及液压系统，新重设计制造铣头进给箱、梯形丝杠及轴承支座等零件，一个立铣及两个侧铣头全部采用“矢量变频驱动器+交流变频电机+RV减速机（RV90-180，i=15上海晨潮，）+梯形丝杠”进给方式，实现各轴传动独立、变频无级调速；三个铣头箱滑板加装南京贝奇尔品牌VERSA Ⅲ-2L的自动润滑装置。
龙门铣横梁升降结构原理
哇塞，今天咱就来好好聊聊龙门铣横梁升降结构原理！这可真是个超级有趣的东西呢！
你说，这龙门铣就像个大力士，而横梁就是它要举起来的重物。
那这其中的升降结构原理，不就像是大力士的力量秘籍嘛！比如说，咱家里的升降晾衣架，通过那钢丝绳和滑轮的配合，就能轻松把衣服升上去降下来，这和龙门铣横梁升降是不是有点像呢？只不过龙门铣的结构可要复杂得多得多啦！
你想想看，当龙门铣要加工一个工件时，横梁就得乖乖地听话，升上去或者降下来，找到最合适的位置。
这就像是一个精准的舞蹈动作，每一步都得恰到好处！这里面的门道可多了去了。
有各种齿轮啊、齿条啊、丝杠啊之类的玩意儿在里面起着关键作用。
就好像咱骑自行车，链条带动齿轮，让车子前进，这龙门铣的升降结构里也有类似的原理呢。
那些个零件相互配合，就像一支默契的交响乐团，共同奏响美妙的“升降乐章”！
你知道吗，我曾经在工厂里看到一台龙门铣在工作，那横梁升降起来真是太神奇了！工人们熟练地操作着，就好像指挥家指挥乐团一样。
我当时就
在想，这背后的原理到底是怎样的呢？后来我专门去研究了一番，才慢慢搞明白。
哎呀呀，真的是越研究越觉得有意思呢！
我觉得吧，龙门铣横梁升降结构原理真的是机械世界里的一大奇迹！它让我们能制造出各种高精度的工件，推动着工业的发展。
真的是太了不起啦！咱们可得好好了解了解它，说不定哪天我们自己也能捣鼓出个类似的神奇玩意儿呢！。
你没见过的：高速龙门加工中心横梁箱中箱结构简介随着工业技术的不断发展，高速切削已成为一种新的切削加工理念。
传统的数控加工中心在加工新型零件时很难控制加工中的变形并高效的去除大切削余量，传统的“重切削”、“多吃刀量”等理念在新零件加工中明显不适，而龙门加工中心的出现很好的解决此类问题。
龙门加工中心主要由龙门铣床横梁、立柱和工作台构成，横梁是关键部件，直接决定了机床的整体性能。
横梁的结构布置对机床结构受力状态和性能，应力峰值，结构刚度，结构稳定性，抗震性，结构疲劳度有重要影响。
现有技术下的横梁部件结构采用上、下导轨正面排列，该结构中机床滑板和滑枕重量及切削反作用力全部依靠横梁正面承担，为保证横梁钢性和加工精度，必须增加横梁壁厚及筋条数量，但其会导致横梁重量增加。
横梁重量的增加会使机床移动时负载值及换向冲击增加，且横梁重量增加后，其受重力影响会更大。
当横梁很长时会出现明显的下垂情况，严重影响加工精度。
另外为了缩短主轴中心到横梁的距离，滑板厚度通常设计的很薄，加工时容易变形，不利于机床的精度保持；在实际加工时由于工件自身重力和切削力的影响，极易导致横梁出现不同程度的变形，影响机床的加工精度。
高速龙门加工中心横梁箱重中箱结构包括横梁本体以及设于横梁本体上端两条平行的导轨6，导轨6 为重载型直线导轨；横梁本体呈中空的长方体结构，由两条长横梁1 和连接长横梁 1 的侧梁 2 组成，长横梁 1 与侧梁 2 连接处的底部开有一排矩形凹槽 7，导轨 6 设于长横梁上表面、并通过侧梁 2 顶端上突起的条状平面支撑；长横梁 1 和侧梁 2 为栅格状结构，长横梁 1 的栅格状结构为均匀排列的矩形凹槽、矩形凹槽从上至下共 3 排；两条长横梁 1 中的一条上端设有滚珠丝杠 9，滚珠丝杠 9 通过侧梁 2 顶端上突起的柱块 3 支撑。
长横梁 1 的侧面设有弧形固件 4。
如图所示，将滑枕（主轴组件）5 的两端通过卡槽8 卡接在两条平行导轨 6 上，其中一端经过滚珠丝杠 9 固定，这样滑枕 5 可以沿着导轨 6 运动且不会发生跑偏。
数控龙门铣横梁调平系统分析数控龙门铣横梁升降1 概述13米数控龙门铣为我单位大型数控机床之一，在生产过程中起着十分重要的作用。
这台机床是我单位与80年代后期从德国引进，工作台长13M，数控系统为西门子8M，PLC为S5-135WD，采用直流调速驱动装置。
多年过去了，该数控龙门铣床也进入了大修时期，但原机床所配的数控系统8M已经停产，系统的其它备件也相当昂贵，为此，公司决定将原系统升级为西门子840D，PLC系统升级为S7-300。
在首次改造升级后，机床运行平稳，但是最近两年，横梁调平系统频繁出现报警，电气调平失效，每次都得手动调平，十分麻烦，尤其是在机床回参考点设置过程中，造成机床加工效率低，影响了正常的生产，为此，我单位决定对此问题进行彻底处理。
经过我单位工程技术人员的讨论及向西门子公司服务的咨询，最后决定采用调整电气控制和程序的方案来解决此问题。
2 横梁调平系统横梁调平是由横梁升降电机提升横梁，然后调平电机进行微调，使整体横梁达到平衡。
对于工作台长13M,宽3.5M的龙门铣，滑枕、铣头及溜板等质量共近30T，当铣削单元（溜板）在横梁导轨上作水平运动时势必造成横梁的倾斜，越是靠近横梁导轨的两端横梁倾斜就越严重，如果横梁没有调平机构来维持，机床走溜板加工出来的平面和工作台平面就会不平行，最终导致加工工件的水平面不平，即几何精度超差，如果使用铣头加工工件，会造成铣头四个方向加工平面几何精度超差。
数控NCU单元。
NCU是840D数控系统的控制核心和信息处理中心，它包括了各个轴所有的差补，轨迹运算并且控制集成了高性能的PLC，NCU硬件版本为NCU573.5，*****软件版本为6.5，PLC采用的是S7-300（CPU317-2DP128K）系列高性能逻辑控制器。
3 横梁调平原理横梁左右立柱导轨分别安装有光栅尺作为位置检测，左立柱导轨光栅尺作为数显轴W2，因为横梁调平机构在左立柱顶部，右立柱导轨光栅尺作为横梁主轴位置反馈，既W1轴的全闭环光栅尺，横梁在机械调平之前，先移动溜板到横梁中间位置，然后通过水平仪调平横梁，此时，W1轴和W2轴在回完参考点后应该数据完全一样，如果不一样，可以通过修改零点偏置参数使其达到一致。
提高龙门镗铣床横梁导轨直线度的方法研究包丽;张洪军【摘要】横梁导轨是龙门镗铣床重要的支撑部件,其直线度精度直接影响工件的加工精度.针对龙门镗铣床长时间运行后横梁导轨直线度精度降低的问题,依托有限元技术,从横梁结构和现场装配工艺两个角度提出解决方案.从横梁结构上改进来提高抗弯刚度,从工艺上调整立柱的地脚螺栓处垫铁.通过横梁导轨变形量试验,结构和工艺都改进后的横梁导轨直线度提高超过50％,说明改进方法对提高横梁导轨直线度有明显作用.【期刊名称】《制造技术与机床》【年(卷),期】2016(000)002【总页数】4页(P69-72)【关键词】龙门铣镗床;有限元分析;直线度;结构改进;垫铁【作者】包丽;张洪军【作者单位】齐齐哈尔大学机电工程学院,黑龙江齐齐哈尔161006;齐齐哈尔大学机电工程学院,黑龙江齐齐哈尔161006【正文语种】中文【中图分类】TH162龙门镗铣床具有高精度特性，在加工结构复杂的模具、板盘、箱体及凸轮等各类工件中发挥着重大作用。
但是当其重要支撑部件横梁导轨的直线度误差超过设计精度时，就会使得零件的轮廓误差和位置误差都超差，大大降低加工工件的质量，因此需要对提高横梁导轨直线度精度的方法展开研究。
从现有文献来看，韩丽娟[1]等对某型数控车床的导轨直线度及其测量过程进行了研究，并编写了直线度误差测量程序，但没有从结构和工艺角度对提高横梁直线度的方案进行讨论；宁延平[2]等对国内外高精度直线度的各种测量方案进行了详细的对比分析，但未针对龙门镗铣床的横梁导轨直线度进行研究。
现有报道多见对直线度测量及数据处理的内容，未见对大型龙门铣床的横梁导轨直线度提高方法的探讨。
龙门镗铣床装配过程中容易出现工艺不当的问题，随着使用时间的增长，其主要支撑部件如横梁由于磨损、自身重力变形、撞击变形等因素会使得导轨的直线度精度降低[3]。
要保证工件的加工精度就必须保证横梁导轨的直线度精度。
针对长时间运行后机床横梁导轨直线度精度降低的问题，本文从横梁导轨的结构和现场装配工艺两个方面进行研究。
动梁龙门机床横梁导轨加工目录一、概述二、横梁有限元分析一）横梁结构特点及工作状态分析二）横梁静态分析三）横梁导轨分析结果处理三、横梁导轨加工一）效验横梁导轨有限元分析结果二）检测加工设备精度三）横梁导轨加工四、结束语五、参考文献一．概述装备制造业是整个工业的基础，而机床行业更是装备制造业的基础。
近几年我国加大了对装备制造业的投入，机床行业也在这个时期得到了突飞猛进的发展。
无论是从产量上，还是产品规模上，中国机床行业都已经在世界机床行业中占据了重要的地位。
随着装备制造业的不断发展，“先进制造技术”的概念被提出。
装备制造业逐渐向精密化、极端化方向发展，因此近几年机床行业的主要发展方向是大型重切削机床和小型高精密机床。
我国机床行业近几年也开始转变发展方向，将进一步提高机床的精度作为主要的发展方向。
动梁龙门移动式机床结构是最适合大型重切削机床，而从整个动梁龙门移动式机床的结构分析。
横梁零件即直接决定机床Y轴精度，又间接影响机床的Z轴精度。
再从横梁零件的工作状态分析，横梁即受本身自重变形影响，又受Z轴工作时产生的力影响。
因此，可以看出横梁零件是影响机床Y轴、Z轴两个方向精度的主要零件，而其零件本身的受力情况又比较复杂。
所以，提高横梁零件的加工精度，对提高机床精度以及横梁零件的加工工艺都具有很大的意义。
二. 横梁有限元分析一）横梁结构特点及工作状态分析图1，动梁龙门机床整体结构图动梁龙门机床的主要结构如上图1所示，其运动特性是：两组床身是机床的X轴，整个龙门框架在两组床身上移动；两个立柱是机床的W轴，横梁在立柱上沿导轨上下移动；横梁是机床的Y轴，滑枕和滑板沿横梁导轨左右移动；滑枕在滑板中上下移动是机床的Z轴。
按上图1所示，横梁零件主要承受的力由两方面产生：一是横梁自身的重量。
按龙门机床的结构特点分析，横梁两端支撑，中间悬空。
随着机床Y轴行程的增大，横梁自身变形量也会相应的增大。
二是滑板、滑枕和铣头体等零件在横梁上移动，导致横梁产生的变形。
图2 动梁龙门机床横梁零件背面示意图图2所示是横梁背部示意图，图上8处黄色零件时用来固定横梁与立柱导轨的压板。
压板为横梁提供水平方向的力，用来平衡滑枕和滑板等零件对横梁产生的翻转力矩。
图中两个黑色箭头表示丝杠座为横梁提供的垂直方向支撑力。
通过对横梁三维图进行零件重心分析，横梁重心如图3所示位置。
从图上所示的位置可以看出，横梁的支撑力与横梁重心不图3 三维软件分析横梁重心位置在同一直线上。
因此，横梁的支撑力与横梁自重及横梁受到的翻转力矩不能相互抵消，横梁受到的力会导致横梁产生变形。
下一节需要根据横梁的受力情况对横梁零件进行有限元分析。
二）横梁静态分析根据上一节对动梁龙门机床特性的分析，横梁的静态刚性性能特性将对整个机床特性起到关键作用。
因此，本节将对动梁龙门机床横梁零件的静态刚性进行有限元分析。
图4 课题研究思路流程图本课题根据图4所示的研究工作路线图，开展了以下具体研究工作:(1) 创建CAD模型（SolidWorks软件）：以VMG60200WMH 动梁龙门移动式加工中心横梁零件为模型创建CAD模型。
(2) 获得横梁的有限元网格模型：根据VMG60200WMH动梁龙门移动式加工中心横梁零件结构特点，分析横梁部件的受力大小、受力位置等情况。
采取先进行结构简化，然后在ANSYS软件中对被定义的配合接触面加以分析处理；采取二阶实体四面体单元方法对龙门加工中心的横梁部件进行了网格划分，最后得到横梁部件的有限元网格模型。
(3) 确定原结构的动、静态特性：我们通过测试试验的途径得到横梁各配合接触面的特征参数，再采用模态分析理论中的分量分析法，将这些特征参数用于横梁结构有限元建模中，从而获得较为精确的横梁有限元模型，再通软件建立得到的有限元模型再逐步进行模态、静力和谐响应等相关性能的进一步论证分析，最后获得横梁原始结构状态的静、动态特性。
(4)根据上步的分析结果，得到横梁各导轨面的的静态刚性变形曲线值。
具体分析过程：（1）横梁零件CAD建模。
以VMG60200WMH横梁为例，该横梁长13000mm、宽1000mm、高1780mm。
总重量37000Kg。
导轨位置壁厚50mm，其余位置壁厚30mm，腔内筋厚30mm，部分加强筋厚50mm。
横梁与Z轴部件连接部分，采用静压式铸铁导轨和压板连接。
横梁上是200mmX120mm截面的铸铁导轨。
横梁与W轴连接部分也是采用静压式铸铁导轨和压板连接，不同的是压板安装在横梁上，下端采用丝母座支撑。
图5 横梁零件CAD 建模图形图6 横梁零件剖视图形（2）对横梁零件定义单元属性和划分单元格需要定义的属性有：(1)定义单元类型(2)定义材料特性(3)单位的选择ANSYS 提供了 200 多种不同的单元类型，以适用于各种工程的分析。
每个单元类型有一个特定的编号和一个标识单元类别的前缀，如SOLID45，PLANE77等。
单元类型决定了单元的自由度数和单元位于二维空间还是三维空间。
针对不同的结构模型，需要选择不同的单元类型，ANSYS 的单元类型有：实体单元、梁/管单元、壳/膜弹元、杆/索单元、弹簧单元、接触单元、表面效应单元、质量单元、超单元等。
对于三维问题，最常用的是实体单元。
有限元中，三维实体单元有两种：六面体单元和四面体单元。
由于横梁结构为空间不规则几何体，故选用SOLIDl85单元。
定义材料特性：ANSYS 中的所有分析都需要输入材料属性。
根据应用的不同，材料特性可以是：线性或非线性，各向同性、正交异性或非弹性，不随温度变化或随温度变化。
如单示类型一样，每一组材料特性有一个参考号。
在一个分析中可能有多个材料特性，ANSYS 通过参考号来识别每个材料特性。
本课题中的横梁设计所使用的材料是球墨铸铁QT400-15，其参数如下：弹性模量：11E =1.69e泊松比：u =0.269密度：ρ=7100kg/ m3对于ANSYS 中的单位问题，除了磁场分析外，可使用任意一种单位制，只要保证输入的所有数据都是使用同一单位制里的单位就行。
ANSYS 提供了智能划分网格功能，它考虑几何图形的曲率以及线与线的接近程度自动进行网格划分，它较适合于复杂结构的自由网格划分，有1—10 的精度等级，默认等级为6 级。
横梁结构较为复杂，可采用智能网格划分，10 级精度SOLIDl85 单元。
网格划分完成后，利用程序的网格检查功能检查网格的质量。
横梁单元数为13863 个，节点数为51145 个，横梁的有限元网格如图7：图7 横梁结构的有限元分析至此，横梁结构的有限元模型已经建立起来，接下来就可以利用此有限元模型进行横梁结构的动静态分析了。
（3）分析横梁的动静态分析横梁的受力情况已经很清晰了，主要是横梁自身的重力和Z 轴部件的重力。
静力分析计算在固定不变的载荷作用下结构的效应，它不考虑惯性和阻尼的影响，也可以计算那些固定不变的惯性载荷对结构的影响，以及那些可以近似为等价静力作用的随时间变化的载荷。
静力分析所施加的载荷包括：1．外部施加的作用力和压力；2．稳态的惯性力；3．位移载荷。
横梁自身的重力为gF=-37x105N，通过施加重力加速度(Gravitational Accelerationya =-9．8)来实现，此外还有Z轴部件施加在横梁面的重力yF =-20x105N。
横梁通过丝杠与立柱相连，因此将横梁xy 面进行约束。
进入求解器Main Menu→Solution→Slove→Current LS 求解。
求解完成后,进入通用后处理器观察计算结果并得到横梁结构的位移云图和应力云图。
从横梁结构的位移场分布图(图8)可以看出由于横梁受力而引起的变形在横梁头部处达到最大值，最大位移为0.20619mm。
图8 横梁结构的位移场分布图其中X 向最大位移为-0.20117mm，发生在横梁上部中间位置；Z 向最大位移为-0.20619mm，发生在横梁下部中间位置。
横梁在各向位移相当，刚度较好。
在Z 向变形较大，这与横梁本身结构与受力特点有关，符合实际情况。
横梁结构的刚性反映在整个机床加工精度上，主要是其导轨面的变形，尤其是横梁中间部分的变形，在横梁结构的位移场分布图上均表现的非常明显，这对机床的加工精度是有很大影响的。
下一步将具体分析出横梁导轨的变形值。
（4）分析横梁导轨面的变形值根据上一步的分析，先将横梁受力点反应到横梁导轨上。
分析出横梁导轨的受力变形情况。
1）受力点的换算：横梁导轨的安装情况图9所示。
图9 横梁导轨面的安装状态将上图简化为导轨面的受力情况，如图10所示。
图10 横梁导轨受力简图根据图10的分析情况，由于横梁在此状态下静止。
根据动力守恒定律得，F1X810=FgX（290-60）=>F1=10.5X105N;F2=-F1=-10.5X105N;F3=Fg=37X105N;以上为横梁自重导轨分力。
F4X1400=-FzX（293-60）=>F4=-3.3X105N;F5=-F4=3.3X105N;F6=Fz=20X105N;以上为Z轴部件重力转换到横梁导轨的分力。
其中F1和F4的合力表示横梁上导轨面的受力情况；F2和F5的合力表示横梁下导轨平面的受力情况；F3和F6的合力表示横梁下导轨立面的受力情况。
按上面计算的受力情况，通过软件分析得到3条导轨曲线。
图11 横梁导轨有限元逐点分析图图12 导轨变形量分析结果简图如图12所示横梁的导轨变形量的分析结果，图上表1中的数据是分析Z轴部件重力对横梁导轨面产生的形变。
即将F4、F5、F6三个力作用在横梁导轨上得到的横梁导轨变形曲线。
表2是将表1中两端的2点调0后的校正曲线。
表3是将横梁自重对导轨面产生的变形的计算结果。
即将F1、F2、F3三个力与F4、F5、F6三个力叠加后作用在横梁导轨上得到的横梁导轨变形曲线。
图12中右侧的曲线中，蓝色曲线是横梁下导轨立面的变形曲线值；紫色曲线是横梁下导轨平面的变形曲线值；黄色曲线是横梁上导轨平面的变形曲线值。
计算出这三条曲线后就可以进行横梁导轨的加工了。
三、横梁导轨加工一）效验横梁导轨有限元分析结果效验方法：将半精铣加工完成的横梁零件，按横梁装配状态自由放置24小时后。
检测横梁上导轨平面、下导轨平面、下导轨立面三处横梁导轨的直线度值。
比较实际检测的直线度值与横梁自重对横梁导轨面产生的变形值曲线，如果两个数值的差值满足要求，即证明有限元分析的导轨变形曲线是符合实际情况的。
具体操作过程：1、将横梁按装配状态自由放置24小时，如图13所示。
仅支持横梁下端丝母座安装位置附近。
为了保证安全，允许横梁背面有沿X向的辅助固定点。
图13 横梁按装配状态自由放置2、24小时后用自准直仪检测3处导轨的直线度值。
具体检测结果如下：下导轨立面直线度值；下导轨平面直线度值；左下是上导轨平面直线度值。
