针对梁类零件在加工过程中因刚度不足而导致工件表面出现波纹状刀痕的问题，利用三维软件SolidWorks和有限元分析插件CosmosWorks对现场铣床进行建模，分析其静态和动态性能。根据横梁相对变形的振型和幅值、机床的工作环境和机床设计的结构力学理论，提出了几点改进建议。通过有限元分析，其性能有了很大的提高，并通过模态实验进行了验证。通过实测值与理论值的比较，可以看出改进后的横梁具有更好的静动态性能，证明了横梁结构的优化设计是可行的。简介现场铣床是石油化工厂使用的现场加工设备。为了适应现场加工环境，要求现场铣床在满足性能和精度的条件下，质量和体积尽可能小。由于铣床横梁部分刚度不足，加工时工件表面产生波纹状刀痕，影响加工精度和表面质量。本文借助CosmosWorks有限元软件，建立了铣床的有限元模型，分析了主要运动部件的静动态性能，提出了铣床结构的合理改进方法。图1是现场铣床的结构图。1有限元模型的建立利用SolidWorks软件在四川建立了铣刨机的三维实体模型。床头箱的重力和悬臂产生的力矩M直接作用在横梁上，使横梁发生扭转(见图2)。因此，横梁是铣床的关键部件，其刚度直接影响加工精度。因此，将梁作为主要分析对象。图3显示了现场铣床横梁的实体模型。图3铣床横梁实体模型2原横梁结构的有限元分析2.1模型将横梁简化为钢板焊接结构，所有焊接点作为模型的刚性节点，将主轴箱简化为与实际结构基本重量相同的箱体结构。考虑到主轴箱与滑板的接触变形远小于横梁的接触变形，滑板与主轴箱的接触面定义为刚性接触。图4加载后的模型2.2网格化横梁实体模型。在CosmosWorks有限元软件中，建立有限元计算模型，采用实体单元进行网格划分。元素的数量是17256，节点的数量是9352，自由度的数量是97659。2.3定义约束并施加载荷。横梁的两端用螺钉固定在滑座上。在有限元模型中，将梁的边界约束简化为同一螺栓位置对应的节点的自由度，即确定螺栓位置对应的节点的自由度来实现对梁的约束。横梁上的力是主轴箱的重力和铣削力。横梁的最大变形发生在床头箱运行到横梁中间位置时：图4为网格划分后横梁和滑板的模型图。通过求解，横梁的最大变形为0.1547mm，在实际加工过程中约为(0.15-0.20 mm)。分析结果与实际加工误差基本一致，远远大于工件0.06mm的平面度要求。图5显示了原始结构的位移云图。通过对机床的模态分析，可以清楚地看出机床的动态特性是图6和图7中的一阶和二阶振型。表L给出了前五阶的固有频率和振型：通过分析可以看出，在第一阶振型中，横梁在外力的激励下发生了较大的变形，使得加工过程中铣刀的定位精度变差，严重影响了工件的加工精度。因此，应改进横梁的结构。3梁结构的改进与分析3.1梁结构的改进从上面的分析可以看出，梁的刚度不足是影响变形的主要原因。在光束改进设计中，缺点
3.2有限元分析将改进后的梁模型导入有限元分析软件，经过分析计算得到梁的变形(见图9)和梁的振型结果。横梁在加工过程中的最大变形量为0.056mm，改进后横梁的最大变形量明显低于改进前。3.3计算结果及实验验证为了验证上述改进的合理性，在铣床上进行了模态实验。激振器由低刚度的电缆悬挂，机床由主轴末端三个方向的正弦扫频激励。铣床上布置了14个测量点。通过安装在主轴前端、横梁上部和滑板上的8个加速度传感器拾取系统的振动信号，并进行模态分析。从表2可以看出，本文的计算结果与试验结果吻合较好，梁的动力性能得到了明显的改善。其中一阶频率偏差比较大，这是因为计算中没有考虑主轴箱与机床滑板之间的接触刚度，导致一阶模态结果较小。4结论通过有限元法对原梁和改进梁的动力分析和比较，讨论了梁内肋的布置对其动力性能的影响。以梁的振型相对位移作为设计参考，提出了梁的改进建议。实验结果表明，横梁结构的优化设计是可行的，对减小其变形和提高加工精度起到了很好的作用。
