CN101456129A - 一种大跨距龙门机床的预张力横梁结构 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种大跨距龙门机床的横梁结构。包括有呈简支梁受力结构的横梁(1)，其支撑在机床龙门立柱(7)的承受载荷的顶面(71)上，其中拱形架(2)布置在横梁(1)的长度方向上，并预先埋设在横梁(1)内，拱形架(2)的底面(21)与龙门立柱(7)的顶面(71)接合，在横向方向不做固定，而拱形架(2)的顶部与横梁(1)接触，能承受横梁的载荷，特别是拱形架上装有拉杆(3)，依靠拉杆(3)的内拉力作用，在拱形架(2)内产生强大的内张力，由于上述结构的约束，使拱形架(2)在横梁(1)内起到大幅度提高承载能力的作用，有效提高横梁的静态刚度和动态刚度，改善静动态性能。本发明是一种结构巧妙、设计合理、工艺可行、性能优良，值得推广的大跨距龙门机床的横梁结构。
Description
技术领域
本发明涉及大型、大跨距、高精度机床，特别是一种大跨距龙门机床的横梁结构，属于大跨距机床的横梁结构的创新技术。
背景技术
龙门机床是机械加工制造中的重要设备之一。其中机床的横梁部件直接关系到整机的性能。根据工作状态，横梁受力结构为两点简支梁支承形式，横梁上装有可移动主轴和主轴箱。当横梁跨度较大时，位于不同位置的主轴和主轴箱与横梁本身的重量一道，导致横梁变形，并造成横梁上的工作主轴产生不同形式的向下位移。在交变的切削力作用下，整个横梁系统也会发生弹性振动变形，横梁变形基本结构如图1所示。
为了提高机床横梁的静刚度性能，通常采取的设计措施有：正确选择横梁的截面形状；采用封闭界面的构件；合理选择及布置隔板和筋条；借助于外部装置，采用液力油缸平衡移动部件因位置变动造成的变形；采用钢板焊接结构增加静刚度、减轻结构重量，增加构件本身的阻尼等。采取的工艺措施有：对横梁导轨面实施预拱形加工；对横梁导轨面实施反变形加工；材料工艺上则是尽量采用高牌号的铸铁，提高材料的弹性模量参数；在封闭的箱体内充入沙质材料，利用内摩擦吸收振动能量等。但以上措施都是被动的，相对来说是固定的，也就是在机床大型构件制造或者安装完成后，要调整和改善其性能的可能性已经非常小。工业中也有采用事后的补偿方法，就是事先测定变形位移量的大小，在横梁之外加辅助梁减荷、在横梁上用钢索向上牵引等等。业内有学者提出采用三个液压缸，将横梁的载荷卸荷到辅助梁上，并对油缸实施所谓自演进系统控制的方式，进行变形位移的主动补偿，研究表明，该方法可减少变形量近80％。但该方法的缺点是，没有考虑到辅助梁本身也会发生变形，而且增加了一条横梁的重量，因此难以在工程上实际使用。
另外，为了提高机床的加工效率、精度，除了考虑机床结构的静态变形以外，还必须考虑机床结构的动态特性，找到有效的方法降低振动对加工过程的影响。现有技术一般有两条途径：(1)确定并消除振源；(2)减少振动对加工工件的影响。由于振源是客观存在的，只能尽量消除。采用第二条途径的具体方法是：①改善机床结构，增加其静动刚度；②利用外部消振结构控制系统，增加阻尼效果等。
上述技术措施都有其局限性，效果有限，成本高。
发明内容
本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种有效提高横梁的静态刚度和动态刚度，改善静动态性能的大跨距龙门机床的横梁结构。本发明结构巧妙、设计合理、工艺可行、性能优良。
本发明的技术方案是：包括有呈简支梁受力结构的横梁，其支撑在机床龙门立柱的承受载荷的顶面上，其中横梁的长度方向上布置有拱形架，拱形架预先埋设在横梁内，且拱形架的底面与龙门立柱的顶面接合，在横向方向不做固定，拱形架的顶部与横梁接触，且拱形架受力后能沿龙门立柱的顶面作横向微量移动。
上述拱形架用普通结构钢做出，横梁用铸铁做出，或用普通结构钢做出。
上述拱形架以及用普通结构钢做出的横梁通过焊接加工做出。
上述拱形架在长度方向上的形状呈圆弧形拱、或三角形拱、或椭圆形拱、或梯形拱。
上述拱形架的横截面形状是矩形、或方形、或工字形、或U形，或带筋板结构的上述形状。
上述拱形架在其拱顶与拱底之间的位置上沿长度方向设置有能形成内张力的拉杆，拉杆的两端分别固定在拱形架的两侧。
上述拉杆包括有左拉杆及右拉杆两条拉杆，左拉杆及右拉杆的一端分别固定在拱形架的两侧，左拉杆另一端与右拉杆另一端之间在连接之前的距离为间隙δ，通过连接件连接在一起，且连接后消除预先留下的间隙δ。
上述拉杆的左拉杆及右拉杆均由活塞和活塞缸组成，左拉杆及右拉杆所设活塞的一端分别固定在拱形架的两侧，左拉杆及右拉杆所设活塞的另一端分别置于活塞缸内，左拉杆及右拉杆的活塞缸分别通过连接件连接在一起。
上述左拉杆及右拉杆的活塞缸内充有起到阻尼作用的耐高压液体材料。
上述活塞缸内充有的耐高压液体材料，由具有伺服功能的液压系统根据要求提供压力，并实施自适应控制。
本发明由于采用其中横梁的长度方向上布置在拱形架、拱形架预先埋设在横梁上的结构，本发明能有效提高横梁的静态刚度和动态刚度，改善静动态性能。本发明设置合理，操作方便，成本低，是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的大跨距龙门机床的横梁结构。
附图说明
图1为现有技术的结构示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明拱形架的立体图。
具体实施方式：
本发明的结构示意图如图2所示，包括有呈简支梁受力结构的横梁1，其支撑在机床龙门立柱7的承受载荷的顶面71上，其中横梁1的长度方向上布置有拱形架2，拱形架2预先埋设在横梁1内，且拱形架2的底面21与龙门立柱7的顶面71接合，在横向方向不做固定，拱形架2的顶部与横梁1接触，且拱形架2受力后能沿龙门立柱7的顶面71作横向微量移动。
上述拱形架2用钢材做出。上述拱形架2用钢板经过焊接而成。拱形架2布置在横梁1的长度方向上，并在相应的顶部与横梁紧密接触，能够承受相应方向上的载荷力。拱形架2的钢板厚度经过分析计算后确定，因为钢材弹性模量和屈服强度大于铸铁等材料，便于通过强力变形使之产生内张力。本实施例中的拱形架2的结构在长度方向上是梯形，实际上拱形架也可以是圆弧形拱、三角形拱、椭圆形拱等任何形状拱架，至于采用何种形状的拱架取决于优化设计分析后的效果。本实施例中的拱形架2的横截面形状是矩形，实际上拱形架的横截面形状也可以方形、工字形、U形以及其他带筋板结构的任何形状，采用何种形状的拱架取决于优化设计分析后的效果。拱形架2的底面21与龙门立柱7承受载荷的顶面紧密接合，但在横向方向没有任何固定，由于移动存在摩擦力，能够形成一定阻尼效应。
此外，上述拱形架2在其拱顶与拱底之间的位置上沿长度方向设置有能形成内张力的拉杆3，拉杆3的两端分别固定在拱形架2的两侧。依靠拉杆3的内拉力作用在钢架拱形结构上，形成强大的内张力，并作用在横梁的关键部位上。
本实施例中，上述拉杆3包括有左拉杆及右拉杆两条拉杆，便于采取工艺措施将拉杆安装到横梁内置钢架拱形结构上，左拉杆及右拉杆的一端分别固定在拱形架2的两侧，左拉杆另一端与右拉杆另一端之间在连接之前的距离为间隙δ，其通过连接件5连接在一起，且连接后消除预先留下的间隙δ。上述拉杆3的左拉杆及右拉杆均由活塞和活塞缸6组成，左拉杆及右拉杆所设活塞的一端分别固定在拱形架2的两侧，左拉杆及右拉杆所设活塞的另一端分别置于活塞缸6内，左拉杆及右拉杆的活塞缸6分别通过连接件5连接在一起。上述连接件5为若干个螺钉，间隙δ值的大小经优化计算分析后确定。见图3所示。
另外，上述左拉杆及右拉杆的活塞缸6内充有起到阻尼作用的耐高压液体材料4。上述活塞缸6内充有的耐高压液体材料4由具有伺服功能的液压系统根据要求提供压力，并实施自适应控制。
Claims (10)
1、一种大跨距龙门机床的预张力横梁结构，包括有呈简支梁受力结构的横梁(1)，其支撑在机床龙门立柱(7)的承受载荷的顶面(71)上，其特征在于横梁(1)的长度方向上布置有拱形架(2)，拱形架(2)预先埋设在横梁(1)内，且拱形架(2)的底面(21)与龙门立柱(7)的顶面(71)接合，在横向方向不做固定，拱形架(2)的顶部与横梁(1)接触，且拱形架(2)受力后能沿龙门立柱(7)的顶面(71)作横向微量移动。
2、根据权利要求1所述的大跨距龙门机床的预张力横梁结构，其特征在于上述拱形架(2)用普通结构钢做出，横梁(1)用铸铁做出，或用普通结构钢做出。
3、根据权利要求1所述的大跨距龙门机床的预张力横梁结构，其特征在于上述拱形架(2)以及用普通结构钢做出的横梁(1)通过焊接加工做出。
4、根据权利要求1所述的大跨距龙门机床的预张力横梁结构，其特征在于上述拱形架(2)在长度方向上的形状呈圆弧形拱、或三角形拱、或椭圆形拱、或梯形拱。
5、根据权利要求1所述的大跨距龙门机床的预张力横梁结构，其特征在于上述拱形架(2)的横截面形状是矩形、或方形、或工字形、或U形，或带筋板结构的上述形状。
6、根据权利要求1所述的大跨距龙门机床的预张力横梁结构，其特征在于上述拱形架(2)在其拱顶与拱底之间的位置上沿长度方向设置有能形成内张力的拉杆(3)，拉杆(3)的两端分别固定在拱形架(2)的两侧。
7、根据权利要求1至6任一项所述的大跨距龙门机床的预张力横梁结构，其特征在于上述拉杆(3)包括有左拉杆及右拉杆两条拉杆，左拉杆及右拉杆的一端分别固定在拱形架(2)的两侧，左拉杆另一端与右拉杆另一端之间在连接之前的距离为间隙δ，通过连接件(5)连接在一起，且连接后消除预先留下的间隙δ。
8、根据权利要求7所述的大跨距龙门机床的预张力横梁结构，其特征在于上述拉杆(3)的左拉杆及右拉杆均由活塞和活塞缸(6)组成，左拉杆及右拉杆所设活塞的一端分别固定在拱形架(2)的两侧，左拉杆及右拉杆所设活塞的另一端分别置于活塞缸(6)内，左拉杆及右拉杆的活塞缸(6)分别通过连接件(5)连接在一起。
9、根据权利要求8所述的大跨距龙门机床的预张力横梁结构，其特征在于上述左拉杆及右拉杆的活塞缸(6)内充有起到阻尼作用的耐高压液体材料(4)。
10、根据权利要求9所述的大跨距龙门机床的预张力横梁结构，其特征在于上述活塞缸(6)内充有的耐高压液体材料(4)，由具有伺服功能的液压系统根据要求提供压力，并实施自适应控制。
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