XH2130龍門加工中心主要由床身、工作臺(tái)、立柱、定橫梁、動(dòng)橫梁、滑座、 滑枕、主軸、刀庫(kù)、液壓系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)以及附件頭庫(kù)等部件組成。其 中，橫梁系統(tǒng)主要由動(dòng)橫梁、滑座、導(dǎo)軌、滾珠絲杠子系統(tǒng)等部件組成，
本課題運(yùn)用有限元分析和理論計(jì)算方法，針對(duì)XH2130龍門加工中心的橫梁系 統(tǒng)進(jìn)行靜動(dòng)熱態(tài)特性分析，得到橫梁系統(tǒng)的靜態(tài)變形結(jié)果、各階固有頻率、動(dòng)態(tài)響 應(yīng)、導(dǎo)軌和滾珠絲杠的熱變形結(jié)果，為橫梁系統(tǒng)的優(yōu)化和變形補(bǔ)償提供設(shè)計(jì)方法和 理論參考。
機(jī)床的靜態(tài)特性只能反映把所受到力作為靜力考慮時(shí)機(jī)床抵抗變形的能力，但 是，為了適應(yīng)機(jī)床的高速化，智能化發(fā)展，僅僅研宄它的靜剛度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。機(jī) 床是一個(gè)彈性系統(tǒng)，在一定條件下，例如受外界切削力變化及機(jī)床本身不平衡旋轉(zhuǎn) 部件產(chǎn)生的慣性激振力的作用會(huì)使機(jī)床產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)[33]。
本章首先建立橫梁導(dǎo)軌的有限元模型，并對(duì)其進(jìn)行靜態(tài)分析和補(bǔ)償，得到變形 曲線和補(bǔ)償曲線。在此基礎(chǔ)上對(duì)導(dǎo)軌進(jìn)行熱分析，得到穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)和瞬態(tài)溫度場(chǎng)， 并將熱分析結(jié)果與靜態(tài)分析結(jié)果對(duì)比，發(fā)現(xiàn)溫度場(chǎng)變化引起的熱變形對(duì)于橫梁系統(tǒng) 變形的影響不能忽略，并且導(dǎo)軌溫度場(chǎng)對(duì)結(jié)構(gòu)性能影響較大，熱變形產(chǎn)生的誤差應(yīng) 該是加工中需要考慮的誤差。最后，分析影響導(dǎo)軌變形的因素，通過合理的選擇對(duì) 流換熱系數(shù)和進(jìn)給速度，從而有效的減少熱變形和溫升，減少加工過程中的誤差， 提高加工精度。
本課題來源于江蘇省成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目（BA2014014)，蘇州市工業(yè)技術(shù)專項(xiàng) (ZXG201131)，江蘇省產(chǎn)學(xué)研協(xié)同項(xiàng)目（BY2014059-17)。該項(xiàng)目主要研宄采用 理論分析計(jì)算與實(shí)驗(yàn)分析計(jì)算相結(jié)合、靜動(dòng)態(tài)特性計(jì)算相結(jié)合的方法對(duì)XH2130龍門加工中心整體優(yōu)化設(shè)計(jì)；研宄通過可靠性分析、模擬和實(shí)驗(yàn)，建立高精度保持的 可靠性分析實(shí)驗(yàn)方法，形成高精機(jī)床可靠性分析實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；研宄通過進(jìn)給系統(tǒng)的動(dòng) 態(tài)特性檢測(cè)與溫度控制，解決進(jìn)給系統(tǒng)的溫度對(duì)精度影響問題，形成高精進(jìn)給系統(tǒng) 的動(dòng)態(tài)特性檢測(cè)與溫度控制平臺(tái)；研宄機(jī)床動(dòng)態(tài)補(bǔ)償技術(shù)。本論文的研宄工作作為 該項(xiàng)目的一個(gè)子課題，主要針對(duì)XH2130龍門加工中心橫梁系統(tǒng)靜動(dòng)熱態(tài)特性分析 與研究。
龍門加工中心廣泛適用于汽車、航空航天、船舶等行業(yè)中，加大龍門機(jī)床的技 術(shù)和產(chǎn)品的研發(fā)，對(duì)實(shí)現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展具有重大的意義。由于龍門加工 中心的橫梁系統(tǒng)是機(jī)床的主要承載系統(tǒng)，橫梁系統(tǒng)的靜動(dòng)熱態(tài)性能對(duì)機(jī)床的加工精 度和機(jī)床的切削性能影響非常大。所以，對(duì)于橫梁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和性能研宄顯得尤為重要。
龍門加工中心的橫梁系統(tǒng)作為機(jī)床的主要承載部件系統(tǒng)。它的靜動(dòng)熱態(tài)性能會(huì) 對(duì)機(jī)床的加工精度和機(jī)床的切削性能影響非常大。因此，對(duì)龍門加工中心的橫梁系 統(tǒng)的靜動(dòng)熱態(tài)性能的研宄一直被研宄機(jī)構(gòu)和高校所關(guān)注。又由于近年來我國(guó)對(duì)于大 型龍門加工中心機(jī)床的研宄正朝著高速化、高精度化方向發(fā)展，因而對(duì)于橫梁系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)與性能研宄更加重要，也成為企業(yè)和眾多學(xué)者研宄的重點(diǎn)。
由于龍門加工中心橫梁系統(tǒng)作為承載部件，其靜動(dòng)熱態(tài)性能對(duì)機(jī)床的加工性能 和切削性能有很大影響，本文以XH2130龍門加工中心的橫梁系統(tǒng)作為研宄對(duì)象， 研宄其靜動(dòng)熱態(tài)特性，得到橫梁系統(tǒng)多模型計(jì)算結(jié)果，各階固有頻率和動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲 線以及導(dǎo)軌和滾珠絲杠系統(tǒng)溫度場(chǎng)和熱變形分析。這為機(jī)床橫梁系統(tǒng)的優(yōu)化提供了 研宄方法和理論依據(jù)，具有較高的參考價(jià)值。
滾珠絲杠系統(tǒng)由于摩擦阻力小、傳動(dòng)效率高、可逆性、剛度好、高精度、使用 壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于龍門加工中心、落地鏜銑床等各種工業(yè)設(shè)備和精密機(jī) 床中[47]。滾珠絲杠副作為龍門加工中心XH2130的關(guān)鍵傳動(dòng)部件，能夠?qū)崿F(xiàn)精密傳 動(dòng)與準(zhǔn)確定位的功能。由于絲杠的傳動(dòng)誤差將直接影響整機(jī)的定位精度性能，進(jìn)而 還會(huì)影響到工件的加工精度。而滾珠絲杠在運(yùn)動(dòng)過程中，將與螺母和軸承發(fā)生摩擦 而產(chǎn)生熱量。隨著滾珠絲杠回轉(zhuǎn)速度的增加，使得溫度上升，溫升又會(huì)引起熱變形 導(dǎo)致絲杠定位精度變化，最終導(dǎo)致機(jī)床橫梁系統(tǒng)的定位精度下降，這對(duì)絲杠傳動(dòng)系 統(tǒng)和整機(jī)都是不利的。因此，橫梁系統(tǒng)中滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)熱態(tài)特性的研宄，對(duì)提 高龍門加工中心的工作精度具有非常重要的意義。