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·34· 计算机应用技术 机械 2006年第10期 总第33卷——————————————— 收稿日期：2006－07－22作者简介：张倩（1982－），女，华东理工大学机械与动力工程学院在读硕士研究生，研究方向为机械CAE 、仿真。
龙门起重机的有限元分析张倩，朱大滨（华东理工大学，上海 200237）摘要：利用大型有限元软件ANSYS 对某龙门式起重机进行整机多工况静强度分析；利用有限元法计算龙门起重机结构自振频率和满载自振频率。
从静强度和动强度两个方面对该起重机的设计方案进行评价，提出改进的建议。
关键词：起重机；有限元；静强度分析；模态分析；中图分类号：TB115 文献标识码：A 文章编号：1006－0316（2006）10－0034－04Finite element analysis of gantry craneZHANG Qian ，ZHU Da-bin(East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China)Abstract ：In this paper, the static strength analysis of one gantry crane were accomplished on difference working conditions by the ANSYS ;and calculated the structure of natural vibration frequency and the full load natural vibration frequency .The crane is evaluated on the static strength and the dynamic strength.;and put forwarded the advice to ameliorate. Key words ：crane ；finite element ；static strength analysis ；model analysis龙门抓斗起重机是在码头和生产车间中应用广泛装卸作业起重设备，它的安全运行对于安全生产提供作业效率是非常重要的。
大型龙门机床滑枕的三维结构设计及有限元分析首先，在进行滑枕的三维结构设计时，需要考虑以下几个方面：1.滑枕的整体结构设计：滑枕一般采用钢板焊接的结构，需要确定板材的材质和厚度，并考虑到结构的强度和刚度。
2.滑枕的导轨设计：导轨是滑枕的重要支撑部分，需要根据工作负荷和运动速度选择合适的导轨类型，并进行适当的布置和支撑。
3.滑枕的传动系统设计：传动系统一般采用齿轮传动、导轨传动或直线电机传动等方式，需要根据具体使用需求选择合适的传动方式，并进行传动参数的设计和匹配。
4.滑枕的加工精度设计：滑枕在工作过程中需要保持一定的加工精度，因此需要设计合适的调整机构和补偿机构来保证滑枕的精确位置。
接下来，在进行有限元分析时，可以采用有限元软件进行仿真分析。
有限元分析的主要目的是通过模拟滑枕在工作时的受力情况，评估其结构的强度和刚度，以及分析可能存在的应力集中和变形情况。
在进行有限元分析时，需要进行以下几个步骤：1.建立几何模型：根据滑枕的实际结构，使用有限元软件建立滑枕的三维模型，并设置材料性质和边界条件。
2.网格划分：将滑枕的三维模型进行网格划分，分成较小的单元，以便进行有限元分析。
3.材料属性设定：设置滑枕的材料属性，包括材料的弹性模量、泊松比、密度等。
4.载荷施加：根据实际工作负载，给滑枕施加相应的载荷和边界条件。
5.分析求解：运行有限元软件进行求解，得到滑枕在不同载荷下的应力分布、变形情况等。
6.结果评估：根据分析结果，评估滑枕的结构强度和刚度是否满足设计要求，如有需要，可对结构进行优化设计。
总之，大型龙门机床滑枕的三维结构设计和有限元分析是保证其性能和稳定性的重要步骤，能够帮助工程师了解滑枕在工作时的受力情况，优化设计，并指导制造和维护过程，从而提高机床的加工精度和可靠性。
冷加工echniqueT工 艺我公司生产的HGMC3050大型龙门加工中心方滑枕（见图1、图2）是大型龙门机床的关键零件，零件外形呈长方体，内腔有多处深孔，它替代机床主轴箱体、尾部箱体，从结构上起定位支承主轴及延长主轴（即Z 轴）伸出的作用，因此零件的制造精度要求很高。
图1 截面形状图2 内腔深孔1. 加工需求分析方滑枕毛坯材料为HT300，铸件采用树脂砂造型，与滑座之间的移动采用滑动导轨配合，其主要要求如下：（1）铸件不得有砂眼、气孔、缩松、裂纹等铸造缺陷，铸件需时效处理，硬度不低于190HBW 。
（2）两导轨大面直线度长向0.01mm ，相互平行度0.015mm ；两导轨立面直线度长向0.01mm ，与导轨大面垂直度0.01mm 。
（3）丝杠座大面与两导轨立面平行度0.01mm ，立面与导轨大面平行度0.015mm 。
（4）主轴孔φ250H7及电动机孔φ245H7与导轨大面、立面平行度0.01mm ，与轴承孔φ145H7、φ195H7孔同轴度0.02mm 。
（5）各重要面表面粗糙度值均为R a =1.6μm 。
（6）由于方滑枕为外露件，四周表面粗糙度值为R a =0.8μm ，不允许有划伤。
2. 工艺方案的重点、难点通过对方滑枕零件的结构和加工需求分析可以得出工艺重点及难点如下：（1）导轨面是丝杠座、中间孔系的基准，如何保证两条导轨面较高的形位公差是加工难点之一。
（2）中间孔系的加工，特别是主轴孔、轴承孔、电动机孔的同轴度要求及φ145H7轴承孔深孔加工是难点，是工艺方案重点考虑的地方。
（3）由于方滑枕的精度直接影响机床的精度，因此保证方滑枕的精度稳定性也是工艺方案考虑的重点。
3. 确定工艺方案根据工艺方案的确定原则，结合我公司设备及工艺习惯，确定方滑枕加工工艺流程为：铸造毛坯→粗加工四周及导轨面→粗镗中间孔系→热时效→半精加工四周及导轨面→半精镗中间孔系→振动时效→半精加工四周及导轨面→半精镗中间孔系→振动时效→油漆→精磨四周边→精铣导轨面→精镗中间孔→检验入库。
大型龙门机床滑枕的三维结构设计及有限元分析引言：大型龙门机床滑枕作为机床的重要部件，承担着支撑和运动控制的功能，其结构设计对机床的稳定性和运行性能有着重要的影响。
本文将介绍大型龙门机床滑枕的三维结构设计，以及通过有限元分析的方式对其进行评估和优化。
一、大型龙门机床滑枕的结构设计1. 设计原则在设计大型龙门机床滑枕的结构时，需要考虑以下原则：a. 结构刚性：确保滑枕在工作过程中能够承受各种负荷，保持稳定性。
b. 重量轻：滑枕作为机床的移动部件，重量轻可以减少机床的惯性，提高运动速度和定位精度。
c. 制造成本低：通过合理的结构设计和材料选择，实现滑枕的制造成本与性能之间的平衡。
2. 结构设计步骤大型龙门机床滑枕的结构设计一般包括以下步骤：a. 确定滑枕的工作载荷：根据机床的工作要求和加工过程中的力矩和压力，确定滑枕的工作载荷。
b. 选择材料：根据滑枕的工作载荷和机床的要求，选择适合的材料。
常用的材料有铸铁、钢铁和铝合金等。
c. 设计滑块支撑结构：滑块是滑枕的移动部件，其支撑结构的设计直接影响机床的稳定性。
可以采用滚动轴承、滑动导轨等结构。
d. 设计滑块传动机构：滑块的传动机构决定了滑枕的运动方式和速度调节。
常用的传动机构有齿轮传动和液压传动等。
二、大型龙门机床滑枕的有限元分析1. 有限元分析的概述有限元分析是一种基于数值方法的结构力学分析技术，通过将复杂的结构划分为有限个小元素，利用元素之间的力学关系进行计算，得到结构的应力和变形等重要参数。
2. 有限元模型的建立在进行有限元分析之前，需要首先建立大型龙门机床滑枕的有限元模型。
模型的建立需要考虑材料的力学参数、滑枕的几何形状等因素。
3. 有限元分析的计算过程有限元分析的计算过程可以分为以下几个步骤：a. 离散化：将滑枕划分为有限个小元素，确定每个元素的几何形状和材料特性。
b. 边界条件的设定：根据实际情况，设定几何边界和加载条件，如支撑点和外加载荷。
龙门加工中心核心部件：全齿轮传动主轴滑枕结构简介定梁龙门 T 型滑枕在零件加工业的广泛应用，目前的 T 型滑枕都是使用外置的变速箱对主轴进行变速，变速箱的输出轴都是通过皮带与滑枕的主轴连接，但是在使用过程中，由于 T 型滑枕的切削刚性相对较弱，皮带容易绷断，皮带的绷断会导致外置的变速箱损坏，外置的变速箱成本高，而且一旦损坏很难在短时间内找到替换的变速箱，给日常的加工带来极大的不便。
优点使用了在滑枕内部加装了变速换档装置的一体式结构，并采用全齿轮传动，取消了原先的价格昂贵的外置变速箱和皮带传动，消除了对外置变速箱的依赖，结构更加紧凑，故障率大大降低，维修成本也大大降低。
全齿轮传动主轴滑枕结构滑枕主体 1、电机 2 和主轴 12，滑枕主体 1 竖直安装在龙门滑轨上，其下端内部安装有主轴 12，主轴 12 的上端通过联轴器 11 与变速输出轴 10 相连，变速输出轴 10 的一侧平行安装有中间传动轴3，该中间传动轴3的一侧上端的滑枕主体1一侧安装固定有电机2，变速输出轴 10 的中部安装有齿轮Ⅰ 9，该齿轮Ⅰ 9 上端的变速输出轴 10 上安装有齿轮Ⅱ 8，中间传动轴 3 的中部通过轴承安装连接有齿轮套 6，齿轮套 6 的上端外侧固定连接有齿轮Ⅲ 5，该齿轮Ⅲ 5 与安装在电机 2 输出端的主动齿轮 4 相啮合，中间传动轴 3 的上端连接有油缸 7 并在油缸 7 的驱动下上下移动。
齿轮Ⅲ 5 在油缸 7 不动作的时候与齿轮Ⅱ 8 相啮合，油缸 7 动作的时候齿轮Ⅲ 5 与齿轮Ⅱ 8 脱开，齿轮Ⅰ 9 与齿轮套 6 相啮合。
齿轮套 6 与齿轮Ⅲ 5 之间通过若干个连轴销 13 连接。
主动齿轮 4 的宽度大于中间传动轴 3 的移动行程长度。
当油缸 7 未动作时齿轮Ⅲ 5 和齿轮Ⅱ 8 相啮合，电机 2 的转动经过主动齿轮 4 与齿轮Ⅲ 5、齿轮Ⅲ 5 与齿轮Ⅱ 8 传递后通过联轴器 11 带动主轴 12 在高速档转动，实现高速小扭矩输出；当油缸 7 动作推动中间传动轴 3 向下移动，候齿轮Ⅲ 5 与齿轮Ⅱ 8 脱开，所述的齿轮Ⅰ 9 与齿轮套 6 相啮合，此时主轴 12 在低速档转动，实现低速大扭矩输出，结构紧凑，实现全齿轮传动，可靠耐用。
对加工中心滑枕的结构设计摘要：数控机床及数控加工中心是现代制造业的关键设备，一个国家数控机床的产量和技术水平在某种程度上就代表这个国家的制造业水平和竞争力。
滑枕是加工中心的核心结构之一，是对零部件加工的直接执行机构，它的结构设计是否合理对加工中心的加工结果有着直接的影响。
因而加工中心滑枕的结构设计尤为重要。
关键词：加工；滑枕；结构设计1前言数字控制也是最近几年新兴起来的一种自动控制的技术，利用数字化的信息实现机床控制的一种方法。
数字控制的机床是采用数字来对机床进行控制。
数控的机床是装有数控控制的装备。
数字控制的系统主要的功能就是采用逻辑处理的方式，或者是运用其他的运算符编码指令来对规定的程序进行编写，数控系统也是一种控制的系统，他能够完成对数控信息的输入、编码以及运算，对数控机床进行全面的加工。
2数控机床及加工中心的工作原理数控机床的加工中心主要就是运用了计算机技术的自动控制，精密的测量方法和完善的机械设计等方面知识，也是机电一体化的产品，是未来机床的发展趋势。
数控机床的工作原理是：首先将加工零件图上的信息和工艺的信息数字化，按照相关规定的代码和格式对其进行相应的加工。
数字化信息的定义就是将工件与道具的坐标分割成一个小单位，也可以叫做最小位移量，数控系统是按照程序的要求，对信息进行处理和分配，使得坐标的移动可以是若干个小的位移单位，在工件与道具运动的过程中完成零件的加工。
3数控加工中心滑枕结构设计主轴和主轴电机等构件与移动部分相连，随移动部件移动。
丝杠电机与固定件连接。
丝杠与固定部分连接，丝杠丝母控制移动部分上下移动。
主轴电机选择西门子1PH7-137—NG配套减速器型号为2LG4320b丝杠驱动电机选择西门子1FK7101-5AF71，配套减速器型号为LP155-M01。
丝杠公称直径选为55 mm导程20 mm长度约为1200 mm丝母的型号选择为BNFN55205 联轴器选择为ROTE梅花型弹性联轴器。
大型龙门机床滑枕的三维结构设计及有限元分析ee（ee）指导老师：ee[摘要]大型龙门机床具有加工跨距大、加工效率高等特点，适用于大尺寸零件的高精度加工，在航空、船舶、汽车等领域应用广泛。
横梁是龙门机床的主要支承部件，其结构和静力学特性直接影响机床的加工精度。
本课题针对陕西汉川机床有限公司正在研发的某型定梁龙门机床，应用SolidWorks 软件对其滑枕进行三维结构设计，然后应用ANSYS软件，对其进行静力特性分析，计算滑枕在切削力和自重作用下的变形和应力，验证设计是否满足机床的精度要求，并绘制设计图纸。
本课题滑枕是龙门铣床中的重要部件，机床采用主轴滑枕结构主要目的在于增强机床的动刚度，适应大型零件的强力切削。
其内部包含主轴、轴承、垂直铣头等重要部件与主轴箱配合的是溜板，溜板内安装有进给丝杠。
进给丝杠与固定在滑枕上的螺母座连接，通过丝杠的转动来带动滑枕的伸出与回缩。
所以滑枕的静刚度与动刚度影响着机床的精度与稳定性，为了使机床具有高刚度、振动小、变形小、噪声低、良好的抵抗受迫振动和自激振动能力的动态性能，有必要在加工滑枕之前对其进行分析，了解其变形情况和振动情况。
本文运用有限元分析方法研究大型龙门铣床关键薄弱部件———主轴滑枕结构变形规律。
在整个设计过程中，运用有限元分析方法进行工作状态下滑枕静变形分析，研究大型龙门铣床主轴滑枕结构变形规律，给出了定性和定量的分析结论，为滑枕结构优化设计提供理论依据和指导。
[关键词]滑枕、静力特性、分析、SolidWorks、ANSYSThree-dimensional structure of large gantry machine ram design and Their Finite Element analysisee（ee）Tutor:eeAbstract:Large gantry machines with processing large span, high efficiency machining for large size precision machining parts, widely used in aviation, marine, automotive and other fields. Beam gantry machine is the main support member, the structure and static mechanical properties directly affect the machining accuracy.The topic for the Shaanxi Hanchuan Machine Tool Co. is developing a fixed-beam gantry machine tool, SolidWorks software applications designed for its three-dimensional structure of the ram, and then using ANSYS software, its static characteristics analysis to calculate the cutting force ram and deformation and stress under its own weight, to verify whether the design meets the accuracy requirements of the machine, and draw the design drawings.The ram is an important part of Longmen milling machine, the machine adoptsram spindle structure mainly aims to enhance machine dynamic stiffness, adapt to the cutting of large parts. The interior consists of spindle, bearings, verticalmilling important component and the spindle box is matched with the slide, slide board are installed in the feed screw. The feed screw and nut seat is fixed on thesliding pillow connected, through the screw rotation to drive the ram extension and retraction. So the ram of the static stiffness and dynamic stiffness affects theaccuracy and stability of machine tool, in order to make the machine tool has thedynamic performance of the forced vibration and self-excited vibration capability of high rigidity, small vibration,low noise, small deformation, good resistance, it is necessary before processing the ram to analyze, understand its the situation and the vibration deformation.In this paper using the research of finite element analysis method for largeLongmen milling machine key vulnerable component -- ram spindle structuredeformation. In the entire design process, using the finite element analysis methodto work down pillow the static deformation analysis, research of large Longmen milling machine spindle ram structure deformation, gives the conclusion of qualitative and quantitative analysis, and provide a theoretical basis and guidance for the optimization design of the structure of RAM.Key words：Ram, static characteristics, analysis, SolidWorks, ANSYS目录大型龙门机床滑枕的三维结构设计及有限元分析 (1)1引言 (1)1.1大型龙门铣床的概述 (1)1.2研究的目的及主要内容 (2)1.2.1研究的目的 (2)1.2.2研究的主要内容 (2)1.3研究的意义 (2)1.4大型龙门铣床的结构 (2)1.5大型龙门铣床的分类 (4)1.6大型龙门铣床的结构 (5)1.7大型龙门铣床的性能特点 (6)2滑枕结构的设计.......................................................................................... 错误！未定义书签。
第 38 卷 2010 年第 17 期本栏目编辑张代瑶提·绞68起 重运输机械既是提升、搬运和输送物料及产品的机具，亦是提高劳动生产率和生产过程机械化不可缺少的大型机械设备。
龙门起重机是指水平桥架设置在 2 条支腿上构成门架形状的一种桥架型起重机。
这种起重机在地面轨道上运行，主要用在露天贮料场、船坞、电站、港口和铁路货站等地进行搬运和安装作业。
其结构的动态特性可以用其模态参数描述[1]。
传统的试验模态分析技术，需要测量结构的激振力和振动响应，并计算它们之间的频响函数。
但是对于大型机械结构的龙门起重机，实现上述测量常常会面临如下困难：大型激振器价格昂贵；有些情况不允许停机测试等。
因此，利用有限元技术提取系统模态参数的工作受到重视，并在工业领域得到应用。
1 建立有限元模型建模过程采用自底向上的方式进行，先建立关键点，然后直接由关键点生成面。
运用 ANSYS 布尔运算将所有的体进行粘接，根据有关理论和实际经验[2-3]，有限元网格数目过少容易产生畸变并影响计算精度，而数目过大不仅对提高精度作用不大，而且大大增加了计算工作量。
根据箱形梁的尺寸赋予每个面单元属龙门起重机的结构有限元模态分析*郑玉巧** 黄建龙 张淑珍兰州理工大学数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室 甘肃兰州 730050摘要：龙门起重机动态性能的优劣，直接影响到起重机工作的可靠性和效率。
传统的经验设计方法很难掌握龙门起重机的动力学特性变化规律，采用有限元方法建立龙门起重机物理模型，对龙门起重机结构进行模态分析，确定龙门起重机的前 4 阶固有频率和振型，从而了解现有结构振动的不稳定因素，为龙门起重机的结构设计提供了一种行之有效的分析方法。
关键词：龙门起重机；有限元方法；动态性能；模态分析中图分类号：TP203 文献标识码：A 论文编号：1001-3954(2010)17-0068-04 Finite element modal analysis of structure of gantry craneZHENG Yuqiao HUANG Jianlong ZHANG ShuzhenKey Lab of Digital Manufacturing Technology & Application of Ministry of Education, LanzhouUniversity of Technology, Lanzhou 730050, Gansu, ChinaAbstract：Dynamic performance of gantry crane directly affects the reliability and efficiency of crane. It is diffi cult to control the dynamic performances of gantry crane with the traditional design method. After build-ing the physical model of gantry crane with FME, the modal analysis was carried out, and the previous natural frequencies and vibration modes of the gantry crane were obtained. Thus, the instable factors brought about structural vibration were learned, and an effective method of analyzing the structural design of gantry crane was presented.Keywords：gantry crane; FEM; dynamic performance; modal analysis*甘肃省科技重大专项资助项目 (0801GKDA052)**作者简介：郑玉巧，女，1977 年生，硕士，助理研究员，主要研究方向为成套设备及自动化。
e题目基于Ansys-Workbench某机床滑枕有限元分析学生姓名 ee 学号 ee所在学院机械工程学院专业班级 ee 指导教师 __ ee ____ __完成地点校内 __2009 年月日基于Ansys-Workbench某机床滑枕有限元分析ee（ee）指导老师：ee[摘要]滑枕广泛应用于各类机床中，滑枕的静动态特性直接影响整个机床的刚度、加工性能和产品质量。
该课题所研究的滑枕属于预研机床的滑枕，利用有限元方法分析滑枕在伸出最大时所产生的挠度，并通过计算得出拉杆应提供的力进行拉伸补偿，来减小挠度。
首先通过CATIA（CATIA是法国达索飞机公司开发的高档CAD/CAM软件，以其强大的曲面设计功能而在飞机、汽车、轮船等设计领域享有很高的声誉。
）软件进行机床滑枕的三维模型设计，再通过Ansys-Workbench（Workbench是ANSYS公司提出的协同仿真环境，解决企业产品研发过程中CAE软件的异构问题。
）软件对该机床滑枕进行修正前和修正后的有限元分析，从而获得机床滑枕设计时的技术参数。
[关键词]滑枕；挠度；补偿；CATIA；Ansys-WorkbenchFinite element analysis of tool ram with ANSYS-Workbenchee(ee)Tutor: eeAbstract:Ram is widely used in various types of machine tools, Static and dynamic characteristics of the ram directly affect the stiffness of the whole machine, processing performance and product quality. Ram belongs to the subject being studied ram pre-research machine, using the finite element method in the extended ram maximum deflection generated through rod calculated tensile force should be provided compensation to reduce deflection .First, the mathematical model of the machine ram through the CATIA （CATIA is Dassault aircraft company to develop high-end CAD / CAM software, with its powerful surfacing capabilities in aircraft, automobiles, ships and other design enjoys a high reputation）software, finite element analysis and then amended and corrected before by Ansys-Workbench （ANSYS Workbench simulation environment is a collaborative company proposed to solve the problem of heterogeneous enterprise product development process CAE software.）software for the machine ram. To obtain the technical parameters of the machine ram design.Keywords: Ram；Deflection；Compensate；CATIA；Ansys-Workbench目录目录 (I)1.绪论 (1)1.1课题研究的目的和意义 (1)1.2国内外研究现状与分析 (1)1.3课题研究的主要内容 (3)1.3.1总体方案及设计过程 (4)2.滑枕的建模过程 ...................................................................... 错误！未定义书签。
HGMC350横梁的有限元分析【摘要】龙门铣床是加工大型工件的专用机床，横梁是其重要的组成部分，它起着连接滑座、拖板等零部件的作用，直接决定了机床的整体性能。
本次毕业设计首先利用材料力学的相关原理对横梁的强度和刚度做了理论校核计算，验证其可靠性。
其次对横梁部分进行了静态分析，着重分析计算了横梁部件在重力（自重和滑枕重力）作用下的变形，并利用有限元分析对横梁做了结构静力学分析，在不同位置下抽取多个截面，对其内部结构的受力及变形进行了分析比较，从而得出横梁内部筋板布置的改造方案，为该类机床的设计和制造提供理论设计依据。
【关键词】：龙门铣床；横梁；有限元；受力；变形；The Finite ElementOf Longmen Milling Machine- HGMC350Abstract：Longmen milling machine is a kind of modern machine and often used to machine large workpiece. In the Longmen milling machine, the beam is an extremely important component, it plays a connecting sliding seat, saddle key parts such as the role, directly determines the overall performance of a machine tool.The graduation project first use of the related principles of mechanical strength and stiffness of the beam theory of checking calculation to verify its reliability. Followed on the part of the beam static analysis, and analyzed to calculate the deformation of the beam components under gravity (weight and ram gravity), and use finite element analysis on the beam structure statics analysis, taken in different locations more section, the internal structure of the force and deformation were analyzed and compared to arrive at the beam layout of the internal ribs rehabilitation programs provide a theoretical design basis for the type of machine tool design and manufacturing.Key words：Longmen milling machine；beam；the finite element；Force ；deformation目录引言 (1)1．龙门铣床介绍 (3)1.1龙门铣床的定义 (3)1.1.1龙门铣床结构 (4)1.1.2龙门铣床性能特点 (4)1.2介绍数控龙门铣床的几种类型 (4)1.2.1工作台移动型龙门铣床的特点 (5)1.2.2龙门移动型龙门铣床的特点 (5)1.3本章小结 (6)2．横梁特征分析 ............................ 错误!未定义书签。
大型数控龙门平面磨床动态特性的有限元分析*董凯夫1,2,翁泽宇1,沈晓庆1,卢 波1,段京虎1,扬 托1(1.浙江工业大学机电工程学院,浙江杭州310014;2.杭州机床集团有限公司,浙江杭州310022)摘 要:磨床的动态特性影响加工质量和切削效率。
本文建立了某大型数控龙门平面磨床的三维有限元模型,通过有限元动力学分析,得到该磨床的各阶模态参数,分析了各阶振型对机床动态特性影响,为大型数控龙门平面磨床结构的改进设计提供了理论依据。
关键词:动态特性;有限元分析;平面磨床中图分类号:T G586 文献标志码:A机床振动使工件和刀具的相对位置和相对速度发生变化,切削过程变得恶化,限制了加工质量和切削效率。
而机床的振动按其产生的原因可以分为自由振动、受迫振动和自激振动。
自由振动的频率是系统的固有频率,受迫振动的频率是激振频率,自激振动的频率接近于系统的固有频率。
因此研究机床结构的动态特性即机床的固有频率和振型是分析评价机床动态性能的重要指标。
模态分析主要是用于确定结构的动态特性:固有频率和振型。
本文以某种型号的大型数控龙门系列平面磨床作为研究对象。
首先对磨床进行模态分析,得到磨床的各阶固有频率和它们的振型,并对各阶振型进行分析,为磨床的改进提供可靠的依据。
1 模态分析的基本理论一个具有N个自由度的粘性阻尼系统,其自由振动方程可表示为:[M]{ }+[C]{u }+[K]{u}=0(1)其中[M]、[C]、[K]分别为系统的质量、阻尼及刚度矩阵,{u}为系统各点的位移响应向量。
[M]、[K]通常为实系数对称矩阵,而[C]则为非对称矩阵,因此上面的方程是1组耦合方程,当系统自由度很大的时候,求解非常困难。
将上述耦合方程变为非耦合的独立方程组,这就是模态理论所要解决的问题。
令:[u]=[{ 1}{ 2} { r} { n}]{q}(2)其中:[ ]=[{ 1}{ 2} { r} { n}]为振型矩阵; {q}为模态坐标;{ r}为第r阶振型。
大型龙门机床滑枕的三维结构设计及有限元分析[摘要]大型龙门机床具有加工跨距大、加工效率高等特点，适用于大尺寸零件的高精度加工，在航空、船舶、汽车等领域应用广泛。
横梁是龙门机床的主要支承部件，其结构和静力学特性直接影响机床的加工精度。
本课题针对陕西汉川机床有限公司正在研发的某型定梁龙门机床，应用SolidWorks软件对其滑枕进行三维结构设计，然后应用ANSYS软件，对其进行静力特性分析，计算滑枕在切削力和自重作用下的变形和应力，验证设计是否满足机床的精度要求，并绘制设计图纸。
SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统。
资料显示，目前全球发放的SolidWorks软件使用许可约28万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。
在教育市场上，每年来自全球4，300所教育机构的近145，000名学生通过SolidWorks的培训课程。
ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Creo,NASTRAN, Alogor, I－DEAS,AutoCAD等，是现代产品设计中高级CAE工具之一。
[关键词]滑枕、静力特性、分析、SolidWorks、ANSYSThree-dimensional structure of large gantry machine ram design and Their Finite Element analysisAbstract:Large gantry machines with processing large span, high efficiency machining for large size precision machining parts, widely used in aviation, marine, automotive and other fields. Beam gantry machine is the main support member, the structure and static mechanical properties directly affect the machining accuracy.The topic for the Shaanxi Hanchuan Machine Tool Co. is developing a fixed-beam gantry machine tool, SolidWorks software applications designed for its three-dimensional structure of the ram, and then using ANSYS software, its static characteristics analysis to calculate the cutting force ram and deformation and stress under its own weight, to verify whether the design meets the accuracy requirements of the machine, and draw the design drawings.SolidWorks software is the world's first Windows-based development of three-dimensional CAD system. Statistics show that the current global release of SolidWorks software licenses to about 280,000, involving aerospace, locomotive, food, machinery, defense, transportation, mold, telecommunications, medical equipment, entertainment industry, commodity / consumer products, discrete manufacturing, global distribution more than 100 countries around 30,001 thousand enterprises. In the education market, each year nearly 145,000 students from 4,300 educational institutions worldwide through SolidWorks training courses.ANSYS software is the financial structure, fluid, electric, magnetic, acoustic analysis in one of the large general-purpose finite element analysis software. United States developed the world's largest ANSYS finite element analysis software from one company, it interfaces with most CAD software, sharing and exchange of data, such as Creo, NASTRAN, Alogor, I-DEAS, AutoCAD, etc., is a modern product design one senior CAE tools.Key words：Ram, static characteristics, analysis, SolidWorks, AN1引言1.1大型龙门铣床的概述龙门铣床简称龙门铣，是具有门式框架和卧式长床身的铣床。
龙门铣床上可以用多把铣刀同时加工表面，加工精度和生产效率都比较高，适用于在成批和大量生产中加工大型工件的平面和斜面。
数控龙门铣床还可加工空间曲面和一些特型零件。
龙门铣床由门式框架、床身工作台和电气控制系统构成，龙门铣床具有足够的刚性，效率高，操作方便，结构简单，性能全面性等特点。
但是在内外热源的影响下，龙门铣床各部件将发生不同程度的热变形，使工件与刀具之间的相对运动关系遭到破环，对于龙门铣床来说，因为全部加工过程是计算的指令控制的，热变形的影响就更为严重。
1.1.1国内外研究现状我国龙门铣床产品的发展大致分为两个阶段。
第一阶段在六十年代初至八十年代初，当时国内生产龙门铣床的厂家只有北一、武重等少数几家，产品多为加工宽度l米至2米的普通龙门铣床。
后经过调整产品结构，开始试制数控龙门铣床。
第二阶段从八十年代初改革开放至今，通过引进、消化吸收国外先进技术或与国外技术先进厂家合作生产，国内生产数控龙门镗铣床的厂家数量增多，产品规格增大，技术水平提高。
21世纪的近十年间是我国机床行业发展最快速的时期，由于国家很多重点大型工程的开展，各行业对于大型、重型、超重型龙门加工中心和数控龙门镗铣床的需求量增加，从而大大促进了该行业的快速发展。
从第十一届中国国际机床展（CIMT2009)中，我们可以看到到国内龙门铣床的发展状况：本次展出了整机重量超过100T的超重型龙门加工中心和数控龙门镗铣床的国内公司有8家之多，分别是沈一、中捷、武重、济二、大连机床、桂林、日发、海天等。
1.1.2国外的研究概况上世纪80年代欧美日等先进工业国家先后完成了数控机床产业进程。
并致力于科技创新和新产品的研发。
美国英格索尔公司和德国惠勒喜乐公司引导用于汽车工业和航空工业高速数控铣床的发展，日本牧野公司在高效精密加工中心方面做出了巨大贡献，德国瓦德里希公司侧重于重型龙门五面加工铣床的开发，日本马扎克公司研发的车铣中心推进了对高效复合加工机床的发展。
如今五轴联动数控机床代表了数控机床发展的最高水平，五轴联动数控机床的发展重点是：高速、高精度、环保、智能、复合化。
其中数控龙门加工中心成为多家国际公司研究的重点。
德国兹默曼公司推出的FZ100六轴数控龙门铣床配备采用配备3根回转轴的M3 ABC铣头显著地提高数控铣床在加工盒状工件和模具时的生产效率。
美国Ingersoll公司的7m龙门移动式龙门铣采用闭环控制系统，同步误差只有0.0025-0.035mm。
日本大隅的NCR-A56五轴动梁龙门加工中心主轴采用气浮结构最高转速达4000r/min，采用完全热对称结构使机床热变形控制在10μm以下，大大提高机床加工精度。
1.2研究的目的及主要内容1.2.1研究的目的针对陕西汉川机床有限公司正在研发的某型定梁龙门机床，应用SolidWorks软件对其滑枕进行三维结构设计，然后应用ANSYS软件，对其进行静力特性分析，计算滑枕在切削力和自重作用下的变形和应力，验证设计是否满足机床的精度要求。
本课题通过对各种龙门铣床的分析研究，将对龙门移动式龙门铣床的横向进给系统进行了详细的、具有改进性的设计。
除此之外，还将利用三维建模软件SolidWorks对所有的零部件做实体建模、模拟装配和运动仿真。
Solidworks是基于特征的实体造型软件，建立的三维模型比二维平面图更加直观、清晰。
最重要的是，可以利用装配模型可以进行后续的装配干涉分析、运动仿真模拟、物性分析、有限元分析、数控代码生成等，还可以在装配环境中对零件进行设计、编辑、修改。
利用这些功能，能有效避免产品设计中经常带来的尺寸不匹配，零件干涉等问题。
1.2.2研究的主要内容（1）搜集并阅读与本课题有关的资料；（2）了解大型龙门机床的结构组成和工作原理；（3）应用SolidWorks软件对某型龙门机床滑枕进行三维结构设计。
然后应用ANSYS软件，对其进行静力特性分析，计算滑枕在切削力和自重作用下的变形和应力，验证设计是否满足机床的精度要求，并绘制设计图纸。
（4）设计成果：设计说明书一份；滑枕三维结构图；二维零件图。
1.3研究的意义随着国内经济建设的快速发展，工业企业的不断发展壮大，大型箱体类零件的加工已成为国内急需解决的关键性问题，要求机床生产厂家发展能够制造大型箱体类件加工的落地式镗铣机床，以满足国内重型机械、工程机械、机车车辆、大型电机、水轮机、汽轮机、船舶、核电、大型环保设备等市场发展的需要，加之其它重型机械行业发展的需求，我们可以预见其广阔的市场前景，由此也可见其在国民经济发展中的所起到的重要作用及所处的重要地位。
