數(shù)控龍門加工中心的平臺跨距大，作業(yè)速度快，整機性能對作業(yè)效率與加工質量影響極大。橫梁結構質量大、剛度強是影響 整機靈活性與定位精度的重要部件。本次研究通過模擬雙橫梁結構對數(shù)控龍門加工中心整體方案進行設計，圖1即為在設計軟件中模擬出的數(shù)控龍門加工中心結構示意圖。
1.床身 2.靜橫梁一 3.靜橫梁二 4.動橫梁
5.滑塊 6.滑枕 7.A\C雙擺銑頭 8.工件毛坯圖1 龍門加工中心的結構示意圖
2 機床受力分析
數(shù)控機床加速快、進給速度高，在進行性能評估時不能忽略慣性對機床的影響。本次研究利用ADAMS軟件的動力學分析功能對機床受力情況進行研究。首先建立龍門加工中心的動力學模型，如圖2所示；然后在立柱與床身、地面之間分別施加約束，在床身與靜橫梁之間、滑塊與滑枕之間、靜橫梁動與橫梁 之間分別建立直線移動副；并將加速度設為g，分析此時數(shù)控 機床各部件的受力情況。當機床部件沿著Y軸作加速度為g的直線運動時，ADAMS軟件分析靜橫梁在X軸與Y軸方向的受力均為85kN左右；當機床部件沿著X軸運動時，ADAMS軟件分析動橫梁在X軸與Z軸方向的受力均為34.5kN左右。再對傳統(tǒng)機床結構在相同運動條件下各部件的受力情況進行分析，橫梁在X軸方向的受力約為266kN，遠超雙橫梁結構下機床各部件 所承受的壓力。
1.床身 2.橫梁 3.滑塊 4.滑枕 5.A\C雙擺銑頭 6.工件毛坯圖2 龍門加工中心的動力學模型
3 機床有限元模型及動態(tài)特性
本文利用Hypermesh軟件構建機床的有限元模型。首先建 立數(shù)控龍門加工中心的三維幾何模型，其次導入到處理軟件進行求解分析，然后再導入Hypermesh軟件中，建立有限元模型。在 有限元模型中，可以運用Ansys軟件對機床模態(tài)進行解析，分析 機床的動態(tài)特性。
動態(tài)特性是指機床在運行狀態(tài)下的穩(wěn)定性，是影響工件的加工質量、刀具系統(tǒng)維護等的重要參數(shù)，尤其在現(xiàn)代機械加工行業(yè)，數(shù)控機床的切削速度進一步加快，動態(tài)特性分析已經(jīng)成為機床設計與評估的重要內(nèi)容。通過機床的有限元模型對其動態(tài)特性進行分析，發(fā)現(xiàn)影響機床性能的因素主要包括以下幾個方面：
1）結合部的阻尼特性和剛性。組成龍門加工中心的零部件較多，各零部件間連接方式復雜多樣，零部件之間的連接區(qū)域稱為結合部，結合部的阻尼特性和剛性是影響機床整體動態(tài)性能的重要因素。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，機床振動問題中約六成是由結 合部引起的。
2）靜態(tài)剛度是影響機床動態(tài)特性的另一重要因素。由于滑枕位于橫梁中間位置時機床受力最大，變形最明顯，選擇這個位置作為靜態(tài)剛度的初試分析位置，可得到更嚴謹?shù)臏y試結果。
3）數(shù)控機床的加速快、進給速度高，啟動和運行需要的驅動力都較大，這一過程中機床性能也會受到影響。借助有限元 模型對機床動態(tài)特性進行預估和分析，能夠有效促進機床結構的優(yōu)化，對機床設計和制造具有極為重要的意義。
