近年來，隨著我國航空航天、汽車、鐵路、機(jī)床等行業(yè)的不斷發(fā)展，石墨加工中心機(jī)床已成為制造業(yè)大零件加工的核心，具有加工質(zhì)量高、加工量大等優(yōu)點(diǎn)?？缍却?，剛度高，效率高。

石墨加工中心的性能直接影響到零件加工的質(zhì)量和精度。石墨加工中心橫梁構(gòu)件的靜、動(dòng)態(tài)特性是影響加工中心性能的主要因素。因此，優(yōu)化和改進(jìn)現(xiàn)有的梁結(jié)構(gòu)，以滿足石墨加工中心的要求，是一個(gè)迫切需要解決的問題。本文采用有限元分析方法，對(duì)橫梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)、靜狀態(tài)進(jìn)行了分析，得出了橫梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和改進(jìn)方案。

1.石墨加工中心和梁組件的結(jié)構(gòu)特征

  石墨加工中心主要由工作臺(tái)、主軸箱、冷卻箱、橫梁、滑枕、滑座等組成。石墨加工中心加工中心主要由雙壁邊梁結(jié)構(gòu)支撐。其中，橫梁組件主要包括主軸箱、滑動(dòng)鞍座、主軸和橫梁，主要實(shí)現(xiàn)雙壁側(cè)梁上沿導(dǎo)軌的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向主要為X軸。橫梁組件還承載著枕木和滑動(dòng)座，其中枕木主要在滑動(dòng)座上上下移動(dòng)，而滑動(dòng)座主要沿著橫梁上的導(dǎo)軌左右移動(dòng)。在石墨加工中心運(yùn)行過程中，當(dāng)滑塊運(yùn)行到最低點(diǎn)，滑塊處于橫梁的中間位置時(shí)，橫梁的彎曲變形能力達(dá)到最大，從而對(duì)橫梁各部件形成集中載荷。

導(dǎo)致橫梁的最大彎曲變形。此外，為了保證快速準(zhǔn)確的加工，在加工過程中，梁組件會(huì)受到自身重力、加速度和減速度慣性力以及復(fù)雜的切屑力的影響，梁組件成為一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。因此，一些學(xué)者提出石墨加工中心最關(guān)鍵的部件，只有保持良好的動(dòng)、靜性能，才能對(duì)大、重工件進(jìn)行加工，保證其滿足高速運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。

2.基于有限元分析的梁結(jié)構(gòu)靜動(dòng)力分析

  本文重點(diǎn)研究了石墨加工中心梁組件的最大彎曲變形狀態(tài)。通過使用三維軟件Soid Works構(gòu)建實(shí)體模型，在構(gòu)建實(shí)體模型的過程中，為了保證計(jì)算效率和操作精度，簡化了梁相關(guān)組件，最后實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)梁結(jié)構(gòu)的靜態(tài)特性采用有限元分析軟件。詳細(xì)分析。

2.1梁模型施工

  由So id Works構(gòu)造的實(shí)體模型，其中梁和滑座為鑄件，設(shè)定材料為HT250，材料特性設(shè)定為：密度7 200 kg / m3，泊松比0.27，彈性模量1.3倍; 105兆帕。將組合梁結(jié)構(gòu)實(shí)體模型導(dǎo)入ANSYSWorkbench有限元分析軟件，然后利用有限元分析組件將梁結(jié)構(gòu)聯(lián)網(wǎng)。由于網(wǎng)格的劃分將直接影響有限元分析軟件計(jì)算的速度和精度[3]，基于此研究，主要結(jié)構(gòu)是使用Solid45單元結(jié)構(gòu)，其中單元結(jié)構(gòu)設(shè)置為80mm，最后通過使用免費(fèi)網(wǎng)格。除法方法最終得到梁構(gòu)件的有限元模型，如圖2所示。

  其中，自由網(wǎng)格劃分是最自動(dòng)化的網(wǎng)格劃分技術(shù)之一。它不僅可以在曲面上自動(dòng)生成三角形或四邊形網(wǎng)格，還可以在體上自動(dòng)生成四面體網(wǎng)格，節(jié)省時(shí)間和精力。在嚙合過程中，為了保證操作的準(zhǔn)確性和效率，僅保留梁和柱以及相關(guān)部件以簡化模型。同時(shí)，應(yīng)忽略并采用三維類型的倒角，倒圓和凸臺(tái)等小功能。

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