一、機床基本情況介紹
本機床采用單柱移動結構，垂直刀架具有車銑復合功能，側主軸箱具有銑鏜功能，并在工作臺上設有輔助夾爪，適應各種不同直徑工件的加工要求，具有較廣的加工范圍。機床由工作臺底座、工作臺、主傳動箱、C軸分度進給箱、立柱、床身、橫梁、垂直車銑刀架、側主軸箱、操作系統、電氣系統、液壓系統等部件組成（見圖1）。
圖1：機床結構示意圖
床身固定在地基上，立柱固定在滑座上并隨滑座一起在床身上移動，立柱傳動箱安裝在床身端面上，傳動箱由交流電機驅動，經傳動齒輪和絲杠—螺母實現立柱移位運動。床身導軌為靜壓卸荷導軌，能夠確保立柱移動平穩、省力，立柱移至所需位置后自動夾緊在床身上。
在立柱頂面安裝橫梁升降傳動機構，由交流電機驅動，經蝸桿—蝸輪傳動副及絲杠傳動副，實現橫梁升降運動，在立柱上裝有橫梁配重機構，使橫梁運行平穩。
床身及滑座均采用優質鑄鐵制造，立柱采用優質鋼材焊接結構，并經二次時效處理消除內應力，以保持機床的剛度及精度穩定性。為驗證該機床是否具備高精度、剛度大、抗震性好、可靠性高，能否平穩高效運轉，通過分析該機床設計結構特點，對其立柱設計結構的受力分析是保證該機床穩定運行的關鍵。
二、有限元分析內容及結論
完成數控多功能單柱移動立式車床立柱結構的變形分析，分析立柱部件在考慮自重與刀架、橫梁等重量時，立柱的變形值。
確定不同工作狀況：橫梁在立柱移動狀態下, 計算橫梁行程為3米、4米、5米、6米，考慮刀架在不同位置時立柱的變形值。橫梁底面距立柱底面9200mm，橫梁行程6000mm，刀架左極限位置時滑枕中心距橫梁左端面880mm，刀架行程4420mm。
有限元分析的方案為，與立柱輔導軌相鄰的右側筋板統一沿機床坐標系Y向移動180mm，橫筋立筋厚度均保持20mm不變。
（一）零部件材料特性
（二）分析邊界條件
（三）模型圖、網格劃分和加載圖。
圖2：立柱有限元分析模型圖
圖3：立柱有限元分析網絡劃分圖
在進行有限元分析的過程中，我們應注意刀架位于不同位置時，橫梁和刀架的重心位置不同，要注意區別刀架分別位于左、中兩種情況時重心的作用位置，下圖左一為刀架位于左側加載情況，下圖右一為刀架位于中側加載情況。
針對不同位置的工作狀況對立柱部件進行有限元分析，橫梁和主軸箱采用力等效方式加載，便于模型簡化和計算。等效力如下：
1. 橫梁、刀架和滑枕重力等效
2. 前鋼絲繩拉力等效
3. 后鋼絲繩拉力等效
4. 前后鋼絲繩拉力的配重
5. 主軸箱重力等效
6. 主軸箱平衡力等效
7. 主軸箱配重力等效
將立柱與滑座接觸面做固定約束，立柱頂面（紅色區域）施加30噸橫梁配重載荷(前后鋼絲繩拉力的配重)和8噸主軸箱滑枕配重載荷(主軸箱配重力等效)。
通過分析計算，下面為橫梁行程為3米、4米、5米、6米，考慮刀架在不同位置時立柱的前導軌1、前導軌2和后導軌的變形值。
圖4：橫梁行程6米立柱各導軌變形值
圖5：橫梁行程5米立柱各導軌變形值
圖6：橫梁行程4米立柱各導軌變形值
圖7：橫梁行程3米立柱各導軌變形值
（ 四）結論
分析上述曲線圖，橫梁在立柱移動狀態下，行程為3米、4米、5米、6米，考慮刀架在不同位置時立柱的變形值具體為：
橫梁行程6米，刀架在橫梁左端，最大變形值模型x方向0.473mm，y方向0.195mm；刀架在橫梁中間，最大變形值模型x方向0.396mm，y方向0.183mm。
橫梁行程5米，刀架在橫梁左端，最大變形值模型x方向0.463mm，y方向0.186mm；刀架在橫梁中間，最大變形值模型x方向0.391mm，y方向0.176mm。
橫梁行程4米，刀架在橫梁左端，最大變形值模型x方向0.456mm，y方向0.179mm；刀架在橫梁中間，最大變形值模型x方向0.386mm，y方向0.170mm。
橫梁行程3米，刀架在橫梁左端，最大變形值模型x方向0.446mm，y方向0.170mm；刀架在橫梁中間，最大變形值模型x方向0.380mm，y方向0.162mm。
綜合對比分析上述數據，與類似機床的標準變形量相比，該立柱設計結構穩定，剛度大、抗震性好，能滿足機床使用要求。
如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
