一种大跨距龙门机床的预张力横梁结构制造技术

本发明专利技术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。本发明专利技术是一种结构巧妙、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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及大型、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。
技术介绍
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l所示。为了提高机床横梁的静刚度性能，通常釆取的设计措施有正确 选择横梁的截面形状；釆用封闭界面的构件；合理选择及布置隔板和 筋条；借助于外部装置，釆用液力油缸平衡移动部件因位置变动造成 的变形；釆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。釆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釆用高牌号的铸 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。工业中也有釆用事后的补偿方法，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。釆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。
技术实现思路
本专利技术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。 本专利技术结构巧妙、设计合理、工艺可行、性能优良。本专利技术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。5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5，通过连接件连接在一起，且连接后消除预先 留下的间隙5。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。本专利技术由于釆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，本专利技术能有效提高横梁的静态刚度和动态刚 度，改善静动态性能。本专利技术设置合理，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l为现有技术的结构示意图；图2为本专利技术的结构示意图； 图3为本专利技术拱形架的立体图。 具体实施例方式本专利技术的结构示意图如图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，至于釆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。7本实施例中，上述拉杆3包括有左拉杆及右拉杆两条拉杆，便于釆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5，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5。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5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。8权利要求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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李锻能，章云，曾岳南，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]