龙门加工中心机原横梁结构的动力学模型及分析
在龙门加工中心机械结构中，横梁是一个极其重要的组成部分。它起着连接滑座、拖板等关键零部件的作用。因为横梁自身的设计尺寸和布局形式决定了它的静、动态特性，而横梁结构的静、动态特性又与加工中心的整机性能有着密切关系，所以如何提高横梁的静、动态特性对于保证整机的加工精度和效率具有重要的意义。
原横梁结构的动力学模型及分析
原横梁结构为铸造件，长5060mm，宽1700mm，高1335mm，自重为11.9t，图5为原横梁结构简化的CAD模型。横梁外壁板厚25mm，内部筋板厚20mm，横向有12个均布筋板，纵向筋板采用米字形结构，另外还有多条加强小筋板，如图6和图7所示。用实体单元Solid185对横梁实体模型进行网格划分，单元尺寸定为180mm，得到原横梁结构的有限元模型，如图8所示。
为了解原横梁结构的动态特性，对其有限元模型进行自由模态分析，得到原横梁结构的前15阶固有频率和振型。根据模态分析得到的横梁第1阶和第2阶固有频率分别为115.49Hz和135.27Hz，振型分别是XOY平面的弯曲变形和横梁的扭曲变形，其主振型如图9所示。由于拖板和箱体等在横梁上的悬挂安装，使整机重心偏离几何中心较大，机床处于非稳定状态，因此机床的整机性能对横梁的扭曲变形较为敏感。针对上述分析，在考虑横梁外形尺寸不变和自重基本不变的基础上，对横梁内部筋板结构和布局做相应修改，以提高横梁的动态特性，特别是其动态抗扭刚度值。
