專利名稱：大跨距龍門機床的預張力橫梁結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及大型、大跨距、高精度機床，特別是一種大跨 距龍門機床的橫梁結構，屬于大跨距機床的橫梁結構的創(chuàng)新技術。
背景技術：
龍門機床是機械加工制造中的重要設備之一。其中機床的橫梁部 件直接關系到整機的性能。根據(jù)工作狀態(tài)，橫梁受力結構為兩點簡支 梁支承形式，橫梁上裝有可移動主軸和主軸箱。當橫梁跨度較大時， 位于不同位置的主軸和主軸箱與橫梁本身的重量一道，導致橫梁變 形，并造成橫梁上的工作主軸產(chǎn)生不同形式的向下位移。在交變的切 削力作用下，整個橫梁系統(tǒng)也會發(fā)生彈性振動變形，橫梁變形基本結 構如圖l所示。
為了提高機床橫梁的靜剛度性能，通常釆取的設計措施有正確
選擇橫梁的截面形狀；釆用封閉界面的構件；合理選擇及布置隔板和 筋條；借助于外部裝置，釆用液力油缸平衡移動部件因位置變動造成 的變形；采用鋼板焊接結構增加靜剛度、減輕結構重量，增加構件本 身的阻尼等。釆取的工藝措施有對橫梁導軌面實施預拱形加工；對 橫梁導軌面實施反變形加工；材料工藝上則是盡量采用高牌號的鑄 鐵，提高材料的彈性模量參數(shù)；在封閉的箱體內(nèi)充入沙質(zhì)材料，利用 內(nèi)摩擦吸收振動能量等。但以上措施都是被動的，相對來說是固定的， 也就是在機床大型構件制造或者安裝完成后，要調(diào)整和改善其性能的 可能性已經(jīng)非常小。工業(yè)中也有釆用事后的補償方法，就是事先測定變形位移量的大小，在橫梁之外加輔助梁減荷、在橫梁上用鋼索向上 牽引等等。業(yè)內(nèi)有學者提出釆用三個液壓缸，將橫梁的載荷卸荷到輔 助梁上，并對油缸實施所謂自演進系統(tǒng)控制的方式，進行變形位移的 主動補償，研究表明，該方法可減少變形量近80%。但該方法的缺點 是，沒有考慮到輔助梁本身也會發(fā)生變形，而且增加了一條橫梁的重 量，因此難以在工程上實際使用。
另外，為了提高機床的加工效率、精度，除了考慮機床結構的靜 態(tài)變形以外，還必須考慮機床結構的動態(tài)特性，找到有效的方法降低
振動對加工過程的影響?，F(xiàn)有技術一般有兩條途徑(1)確定并消除 振源；(2)減少振動對加工工件的影響。由于振源是客觀存在的，只 能盡量消除。釆用第二條途徑的具體方法是①改善機床結構，增 加其靜動剛度；②利用外部消振結構控制系統(tǒng)，增加阻尼效果等。
上述技術措施都有其局限性，效果有限，成本高。
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于考慮上述問題而提供一種有效提高橫梁 的靜態(tài)剛度和動態(tài)剛度，改善靜動態(tài)性能的大跨距龍門機床的橫梁結 構。本實用新型結構巧妙、設計合理、工藝可行、性能優(yōu)良。
本實用新型的技術方案是包括有呈簡支梁受力結構的橫梁， 其支撐在機床龍門立柱的承受載荷的頂面上，其中橫梁的長度方向上 布置有拱形架，拱形架預先埋設在橫梁內(nèi)，且拱形架的底面與龍門立 柱的頂面接合，在橫向方向不做固定，拱形架的頂部與橫梁接觸，且 拱形架受力后能沿龍門立柱的頂面作橫向微量移動。
上述拱形架用普通結構鋼做出，橫梁用鑄鐵做出，或用普通結 構鋼做出。
上述拱形架以及用普通結構鋼做出的橫梁通過焊接加工做出。
5上述拱形架在長度方向上的形狀呈圓弧形拱、或三角形拱、或 橢圓形拱、或梯形拱。
上述拱形架的橫截面形狀是矩形、或方形、或工字形、或u形， 或帶筋板結構的上述形狀。
上述拱形架在其拱頂與拱底之間的位置上沿長度方向設置有能 形成內(nèi)張力的拉桿，拉桿的兩端分別固定在拱形架的兩側。
上述拉桿包括有左拉桿及右拉桿兩條拉桿，左拉桿及右拉桿的一 端分別固定在拱形架的兩側，左拉桿另一端與右拉桿另一端之間在連 接之前的距離為間隙5，通過連接件連接在一起，且連接后消除預先 留下的間隙5。
上述拉桿的左拉桿及右拉桿均由活塞和活塞缸組成，左拉桿及 右拉桿所設活塞的一端分別固定在拱形架的兩側，左拉桿及右拉桿所 設活塞的另一端分別置于活塞缸內(nèi)，左拉桿及右拉桿的活塞缸分別通 過連接件連接在一起。
上述左拉桿及右拉桿的活塞缸內(nèi)充有起到阻尼作用的耐高壓液 體材料。
上述活塞缸內(nèi)充有的耐高壓液體材料，由具有伺服功能的液壓 系統(tǒng)根據(jù)要求提供壓力，并實施自適應控制。
本實用新型由于釆用其中橫梁的長度方向上布置在拱形架、拱形 架預先埋設在橫梁上的結構，本實用新型能有效提高橫梁的靜態(tài)剛度 和動態(tài)剛度，改善靜動態(tài)性能。本實用新型設置合理，操作方便，成 本低，是一種設計巧妙，性能優(yōu)良，方便實用的大跨距龍門機床的橫 梁結構。

圖l為現(xiàn)有技術的結構示意圖2為本實用新型的結構示意圖； 圖3為本實用新型拱形架的立體圖。
具體實施方式
本實用新型的結構示意圖如圖2所示，包括有呈簡支梁受力結 構的橫梁1,其支撐在機床龍門立柱7的承受載荷的頂面71上，其 中橫梁1的長度方向上布置有拱形架2,拱形架2預先埋設在橫梁1 內(nèi)，且拱形架2的底面21與龍門立柱7的頂面71接合，在橫向方向 不做固定，拱形架2的頂部與橫梁1接觸，且拱形架2受力后能沿龍 門立柱7的頂面71作橫向微量移動。
上述拱形架2用鋼材做出。上述拱形架2用鋼板經(jīng)過焊接而成。 拱形架2布置在橫梁1的長度方向上，并在相應的頂部與橫梁緊密接 觸，能夠承受相應方向上的載荷力。拱形架2的鋼板厚度經(jīng)過分析計 算后確定，因為鋼材彈性模量和屈服強度大于鑄鐵等材料，便于通過 強力變形使之產(chǎn)生內(nèi)張力。本實施例中的拱形架2的結構在長度方向 上是梯形，實際上拱形架也可以是圓弧形拱、三角形拱、橢圓形拱等 任何形狀拱架，至于釆用何種形狀的拱架取決于優(yōu)化設計分析后的效 果。本實施例中的拱形架2的橫截面形狀是矩形，實際上拱形架的橫 截面形狀也可以方形、工字形、U形以及其他帶筋板結構的任何形狀， 釆用何種形狀的拱架取決于優(yōu)化設計分析后的效果。拱形架2的底面 21與龍門立柱7承受載荷的頂面緊密接合，但在橫向方向沒有任何 固定，由于移動存在摩擦力，能夠形成一定阻尼效應。
此外，上述拱形架2在其拱頂與拱底之間的位置上沿長度方向設 置有能形成內(nèi)張力的拉桿3,拉桿3的兩端分別固定在拱形架2的兩 側。依靠拉桿3的內(nèi)拉力作用在鋼架拱形結構上，形成強大的內(nèi)張力，
7并作用在橫梁的關鍵部位上。
本實施例中，上述拉桿3包括有左拉桿及右拉桿兩條拉桿，便 于釆取工藝措施將拉桿安裝到橫梁內(nèi)置鋼架拱形結構上，左拉桿及右
拉桿的一端分別固定在拱形架2的兩側，左拉桿另一端與右拉桿另一 端之間在連接之前的距離為間隙5，其通過連接件5連接在一起，且 連接后消除預先留下的間隙5。上述拉桿3的左拉桿及右拉桿均由活 塞和活塞缸6組成，左拉桿及右拉桿所設活塞的一端分別固定在拱形 架2的兩側，左拉桿及右拉桿所設活塞的另 一端分別置于活塞缸6內(nèi)， 左拉桿及右拉桿的活塞缸6分別通過連接件5連接在一起。上述連接 件5為若干個螺釘，間隙5值的大小經(jīng)優(yōu)化計算分析后確定。見圖3 所示。
另外，上述左拉桿及右拉桿的活塞缸6內(nèi)充有起到阻尼作用的 耐高壓液體材料4。上述活塞缸6內(nèi)充有的耐高壓液體材料4由具有 伺服功能的液壓系統(tǒng)根據(jù)要求提供壓力，并實施自適應控制。
權利要求1、一種大跨距龍門機床的預張力橫梁結構，包括有呈簡支梁受力結構的橫梁(1)，其支撐在機床龍門立柱(7)的承受載荷的頂面(71)上，其特征在于橫梁(1)的長度方向上布置有拱形架(2)，拱形架(2)預先埋設在橫梁(1)內(nèi)，且拱形架(2)的底面(21)與龍門立柱(7)的頂面(71)接合，在橫向方向不做固定，拱形架(2)的頂部與橫梁(1)接觸，且拱形架(2)受力后能沿龍門立柱(7)的頂面(71)作橫向微量移動。
2、 根據(jù)權利要求l所述的大跨距龍門機床的預張力橫梁結構，其特征在 于上述拱形架(2)用普通結構鋼做出，橫梁(l)用鑄鐵做出，或用普通結構 鋼做出。
3、 根據(jù)權利要求l所述的大跨距龍門機床的預張力橫梁結構，其特征在 于上述拱形架(2)以及用普通結構鋼做出的橫梁(1)通過焊接加工做出。
4、 根據(jù)權利要求l所述的大跨距龍門機床的預張力橫梁結構，其特征在 于上述拱形架(2)在長度方向上的形狀呈圓弧形拱、或三角形拱、或橢圓形 拱、或梯形拱。
5、 根據(jù)權利要求l所述的大跨距龍門機床的預張力橫梁結構，其特征在 于上述拱形架(2)的橫截面形狀是矩形、或方形、或工字形、或U形，或帶 筋板結構的上述形狀。
6、 根據(jù)權利要求1所述的大跨距龍門機床的預張力橫梁結構，其特征在 于上述拱形架(2)在其拱頂與拱底之間的位置上沿長度方向設置有能形成內(nèi) 張力的拉桿(3),拉桿(3)的兩端分別固定在拱形架(2)的兩側。
7、 根據(jù)權利要求1至6任一項所述的大跨距龍門機床的預張力橫梁結構， 其特征在于上述拉桿(3)包括有左拉桿及右拉桿兩條拉桿，左拉桿及右拉桿的一端分別固定在拱形架(2)的兩側，左拉桿另一端與右拉桿另一端之間在 連接之前的距離為間隙5，通過連接件(5)連接在一起，且連接后消除預先 留下的間隙5。
8、 根據(jù)權利要求7所述的大跨距龍門機床的預張力橫梁結構，其特征在 于上述拉桿(3)的左拉桿及右拉桿均由活塞和活塞缸(6)組成，左拉桿及右 拉桿所設活塞的一端分別固定在拱形架(2)的兩側，左拉桿及右拉桿所設活 塞的另一端分別置于活塞缸(6)內(nèi)，左拉桿及右拉桿的活塞缸(6)分別通過 連接件(5)連接在一起。
9、 根據(jù)權利要求8所述的大跨距龍門機床的預張力橫梁結構，其特征在 于上述左拉桿及右拉桿的活塞缸(6)內(nèi)充有起到阻尼作用的耐高壓液體材料(4)。
10、 根據(jù)權利要求9所述的大跨距龍門機床,的預張力橫梁結構，其特征在 于上述活塞缸(6)內(nèi)充有的耐高壓液體材料(4),由具有伺服功能的液壓系 統(tǒng)根據(jù)要求提供壓力，并實施自適應控制。
專利摘要本實用新型是一種大跨距龍門機床的橫梁結構。包括有呈簡支梁受力結構的橫梁(1)，支撐在機床龍門立柱(7)的承受載荷的頂面(71)上，其中拱形架(2)布置在橫梁(1)的長度方向上，并預先埋設在橫梁(1)內(nèi)，拱形架(2)的底面(21)與龍門立柱(7)的頂面(71)接合，在橫向方向不做固定，而拱形架(2)的頂部與橫梁(1)接觸，能承受橫梁的載荷，特別是拱形架上裝有拉桿(3)，依靠拉桿(3)的內(nèi)拉力作用，在拱形架(2)內(nèi)產(chǎn)生強大的內(nèi)張力，由于上述結構的約束，使拱形架(2)在橫梁(1)內(nèi)起到大幅度提高承載能力的作用，有效提高橫梁的靜態(tài)剛度和動態(tài)剛度，改善靜動態(tài)性能。本實用新型是一種結構巧妙、設計合理、工藝可行、性能優(yōu)良，值得推廣的大跨距龍門機床的橫梁結構。
文檔編號B23Q1/01GK201346696SQ20082020669
公開日2009年11月18日 申請日期2008年12月31日 優(yōu)先權日2008年12月31日
發(fā)明者曾岳南, 李鍛能, 云 章 申請人:廣東工業(yè)大學