龍門加工中心橫梁系統靜動熱態特性的研究之課題研究的背景及意義
1.1課題來源本課題來源于江蘇省成果轉化項目（BA2014014)，蘇州市工業技術專項 (ZXG201131)，江蘇省產學研協同項目（BY2014059-17)。該項目主要研宄采用 理論分析計算與實驗分析計算相結合、靜動態特性計算相結合的方法對XH2130龍門加工中心整體優化設計；研宄通過可靠性分析、模擬和實驗，建立高精度保持的 可靠性分析實驗方法，形成高精機床可靠性分析實驗平臺；研宄通過進給系統的動 態特性檢測與溫度控制，解決進給系統的溫度對精度影響問題，形成高精進給系統 的動態特性檢測與溫度控制平臺；研宄機床動態補償技術。本論文的研宄工作作為 該項目的一個子課題，主要針對XH2130龍門加工中心橫梁系統靜動熱態特性分析 與研究。1.2課題研究的背景及意義 1.2.1課題研究的背景隨著科學技術的不斷發展，各個領域的工業產品不斷創新，而機械制造業作為 我國工業的基礎，更是為軍事、航天等領域制造高標準的機械零件。加工這些零件 需要高精度，傳統的機床難以完成任務，加上國內外市場競爭的激烈，因此更需要 建立能夠滿足這些加工要求的新時代精工機床體系，且我國在振興裝備制造業戰略 的指引下，機床業的發展開始步入黃金發展期，迎來前所未有的發展機遇[1’2]。但我 國機床產業整體轉型升級較慢，還需要加快產品創新的步伐，跨出國門走向世界數 控機床市場[3]。我國精工機床業的發展經歷了以下三個階段：(一）封閉式的發展階段：1949年新中國剛成立后，政府開始初步規劃機床的 發展方向和工廠布局。由于技術和人才的缺乏，使得機床的總體設計性較差，加上 微電子技術發展的影響，機床的發展受到制約，機床配套部件及精工系統的穩定性、1XH2130龍門加工中心橫梁系統靜動熱態特性的研究第一章緒論安全性、有效性較差。(二）開放式的發展階段：改革開放以來，國家開始重視制造裝備技術的發展。 打開國門引進國外先進技術，合理的規劃工廠布局，建立新形勢下的人才培養體系， 加強學校和企業的合作與研發，積極的開展科學試驗研宄，并逐步從仿制到自主研 發階段的過度，推動了工業技術的進步。(三）市場化的競爭階段：在國家政策的扶持和市場需求的拉動下，我國精工 機床業的發展取得了顯著的成果。但是我國的機床業大而不強，還需要加強市場競 爭意識，明確產品發展方向，在突破中前進。經過幾十年的漫長發展階段，我國的精工機床產品水平、加工精度、制造水平 得到迅速提高，尤其是對精工系統技術的掌握和應用。在技術水平提高的同時，我 國機床產業的結構也發生了很大的變化。隨著國家政策的開放和技術上的支持，引 導一批民營企業家開始投資機床產業，打破國有企業的壟斷地位，為精工機床產業 的發展注入新鮮血液。在20世紀末，我國己經基本建成完整的精工機床工業體系[4]。近年來，機械制造強國正處于調整期，我國的精工機床企業應抓住這一機遇， 需要不斷的努力鉆研，加強產品的開發、創新與投入，與國外機床企業建立合作共 贏機制和裝備制造業可持續健康發展體系，為裝備市場甚至國防安全和航空航天等 特殊行業提供高、精、尖的設備創造條件，對實現制造裝備業的跨躍式發展具有重 大的意義[5]。1.2.2課題研究的意義我國要想從制造大國向制造強國邁進，需要對機床產業的整理轉型升級，并加 快傳統的創新步伐。隨著工程機械、軌道交通、航空航天、能源等行業的快速發展， 大、重型機械零部件被大量應用于關鍵裝備制造產品上。而大型精密龍門加工中心 作為作為機械裝備母機，在這些重要領域均有著重要的作用[6]。隨著我國國民經濟的高速發展和振興裝備制造業戰略的實施，船舶、汽車、航 空航天配件及大型和重型零件的需求越來越多，且加工精度要求也越來越高。國外 進口產品不僅價格高，而且供貨周期長，這些都嚴重地影響我國制造業的發展。因 此，開發生產具有當前國際先進技術水準的大型精密龍門加工中心，解決相關的關 鍵技術難題，這對于打破國外在高檔精工機床領域的壟斷地位，為我國大型設備制造企業提供先進的技術手段和設備，提升我國高檔精工機床的制造水平，進而增強 我國裝備制造技術能力是非常必要的。在技術水平的提供和產品的創新推動下，我國大型精密龍門加工中心產品實現 了新的突破。但在可靠性、精度保持性、剛性、振動性等各方面相比國外機床還有 一定差距。因此對機床的靜剛度、抗振性能和發熱變形的研宄具有重要的意義，作 為龍門機床的主要支撐件，橫梁系統在機床的靜動熱態特性方面起到極為重要的作 用，同時橫梁導軌的變形影響加工精度，進而影響機床的性能，所以研宄橫梁的靜 動熱態特性和變形情況，對于提高整機的加工精度和效率具有重要的意義。有限元分析方法基于數學模型利用計算機求解結構的靜力學、動態力學、熱態 分析等特性，具有計算速度快、精度高等優點，己被廣泛應用于船舶、航空航天、 汽車等領域。在現在裝備技術改進和優化設計過程中有著不可替代的地位和作用。本文運用有限元分析方法，基于Workbench軟件分析龍門加工中心橫梁系統的 靜動熱態特性，驗證橫梁系統的設計是否滿足要求，并為橫梁系統以及整機的結構 優化提供一定的理論參考。