一种拱形筋板加强的轻量化机床横梁的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种拱形筋板加强的轻量化机床横梁，其内部采用拱形加强筋板，以横梁中面为基准对称分布数个纵隔板，横梁截面为矩形截面。本发明解决了横梁内部常见加强筋板形式所带来的恒刚度、材料有“冗余”的问题，增大了横梁中间部位的刚度，提高了横梁的动态特性，减轻了横梁的重量，实现了轻量化设计。横梁截面采用应用广泛的矩形截面，结构简单，便于与立柱、滑架等其它零部件的安装。
【专利说明】一种拱形筋板加强的轻量化机床横梁
【技术领域】
[0001]本发明属于机床【技术领域】，具体涉及一种拱形筋板加强的轻量化机床横梁。
【背景技术】
[0002]横梁是龙门式机床的重要基础部件，其上连接着滑架、主轴箱等零部件。对于大型龙门式机床，横梁的尺寸及跨距均非常大，由于横梁一般都采用铸铁铸造而成，所以其自身的重量也非常大，可达到数吨之多。其上连接的滑架、主轴箱等零部件的重量也非常大，整个横梁及其上连接的零部件总重量可以达到数十吨之多，故横梁是一个大承力的基础部件，其对整个机床的性能影响非常大。一方面由于自身重量及其上连接的零部件重量大，要求横梁具有高刚度，小变形，另一方面横梁还要具有良好的动态性能，要求其具有较高的低阶固有频率，防止发生共振，且对速度的响应性要高，防止发生位置滞后。
[0003]目前为了满足上述要求，横梁内部都采用了加强筋板的结构，以提高横梁的整体刚度。常见的加强筋板形式有十字形筋、人字形筋、米字型筋，这些形式的加强筋板均能提高横梁的整体刚度，但存在的主要问题有两点:一是不论哪种形式的筋板，都是均匀的分布在横梁内部，整个横梁横截面内的刚度都是相同的，不符合横梁的受力特点；二是由于筋板均匀分布在横梁内部，导致横梁两端支承处的筋板材料“冗余”，从而增加了横梁的总重量，使横梁的动态响应性有所降低，进而影响整个机床的动态特性。横梁由于两端均有支承，其受力结构为两点简支梁支承形式，当横梁上附加的零部件移动到横梁中间时，横梁受到的力最大，其变形也最大。基于此特点，应当设计一种结构，使横梁在不同位置处的刚度有所不同，在横梁中间位置处，其刚度最大，在横梁两端支承处，其刚度最小，并去除整个横梁内部的“冗余”材料，减轻横梁的总重量，提高其动态响应性能。
【发明内容】
[0004]为了克服横梁内部常见加强筋板形式所带来的恒刚度、材料有“冗余”的问题，本发明提出了一种拱形筋板加强的轻量化机床横梁，从而实现了横梁的变刚度设计和轻量化设计，提高了横梁的静动态特性。
[0005]为达到上述目的，本发明采用的技术方案为:横梁内部采用拱形加强筋板，以横梁中面为基准对称分布数个纵隔板，横梁截面为矩形截面。
[0006]所述横梁内部拱形加强筋板的拱轴线与横梁的上顶板的内壁理论外形直线相切。
[0007]所述横梁的两端设置有用于支撑横梁的支承，拱形加强筋板的拱轴线两端位于与横梁左右两端的支承内壁理论外形直线相交处，且拱轴线端点与支承的内侧平面距离为拱形加强筋板壁厚的一半。
[0008]所述纵隔板的数量根据拱形加强筋板的拱轴线弦高比来确定，纵隔板的数量为O至数个。
[0009]所述横梁内部拱形加强筋板的拱轴线弦高比为1:1时，纵隔板为I个；横梁内部拱形加强筋板的拱轴线弦高比为2:1时，纵隔板为3个；横梁内部拱形加强筋板的拱轴线弦高比为5:1时,纵隔板为9个。
[0010]所述横梁上当纵隔板的数量多于2个时，最外侧两个纵隔板之间的距离大于横梁上导轨的有效工作长度。
[0011]与现有技术相比，本发明具有的有益效果:
[0012]1.本发明通过将横梁内部的加强筋板形式设置为拱形加强筋板，以横梁中面为基准对称分布数个纵隔板，横梁截面为矩形截面。当横梁受到压力时，拱形加强筋板能将压力沿拱轴线传递到横梁两端支承处，从而提高了横梁的整体刚度，减轻了横梁的总重量。同时，横梁内部采用拱形加强筋板，增大了横梁中间部位的刚度，减小了横梁的变形；克服了现有技术中横梁内部常见加强筋板形式所带来的恒刚度、材料有“冗余”的问题；
[0013]2.本发明由于设置拱形加强筋板，提高了横梁的低阶固有频率，降低了横梁发生共振的可能性；
[0014]3.本发明由于设置拱形加强筋板，以横梁中面为基准对称分布数个纵隔板，提高了横梁对速度的响应性，提升了其动态响应特性；
[0015]4.本发明中由于采用拱形加强筋板，减轻了横梁的重量，实现了轻量化设计。
[0016]进一步的，本发明中拱轴线端点与支承的内侧平面距离为拱形加强筋板壁厚的一半，横梁的重量最小，强度最高，变形最小。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为拱形加强筋板与纵隔板分布示意图；
[0018]图2为横梁横截面示意图；
[0019]图3为实施例1拱形加强筋板与纵隔板分布示意图；
[0020]图4为实施例2拱形加强筋板与纵隔板分布示意图；
[0021]图5为实施例3拱形加强筋板与纵隔板分布示意图；
[0022]其中，I为拱形加强筋板，2为纵隔板,3为上顶板,4为支承。
【具体实施方式】
[0023]本发明所提出的一种拱形筋板加强的轻量化机床横梁，横梁内部的加强筋板形式为拱形加强筋板，以横梁中面为基准对称分布数个纵隔板，纵隔板数量根据拱形加强筋板拱轴线的弦高比来确定，可以为O到数个不等。所述横梁上当纵隔板2的数量多于2个时，最外侧两个纵隔板之间的距离大于横梁上导轨的有效工作长度。
[0024]所述横梁内部拱形加强筋板I的拱轴线与横梁的上顶板3的内壁理论外形直线相切。所述横梁的两端设置有用于支撑横梁的支承4，横梁内部拱形加强筋板I的拱轴线两端位于与横梁左右两端的支承4内壁理论外形直线相交处，且拱轴线端点与支承4的内侧平面距离为拱形加强筋板I壁厚的一半时，横梁的重量最小，强度最高，变形最小。
[0025]下面结合附图和实施例对本发明提出的一种拱形结构的龙门式大承力机床横梁作进一步详细的说明。
[0026]实施例1
[0027]—种拱形筋板加强的轻量化机床横梁，如图3所示，横梁内部拱形加强筋板的拱轴线弦高比为1:1，拱形加强筋板的承载能力强，只需在横梁正中分布I个纵隔板，即可提高横梁的整体刚度，同时减轻横梁重量，提高横梁的静动态特性。
[0028]实施例2
[0029]一种拱形筋板加强的轻量化机床横梁，如图4所示，横梁内部拱形加强筋板的拱轴线弦高比为2:1，拱形加强筋板的承载能力较强，但由于横梁导轨有效工作长度较大，需在横梁正中以中面为基准对称分布3个纵隔板，即可提高横梁的整体刚度，同时减轻横梁重量，提高横梁的静动态特性。
[0030]实施例3
[0031]一种拱形筋板加强的轻量化机床横梁，如图5所示，横梁内部拱形加强筋板的拱轴线弦高比为5:1，需在横梁正中以中面为基准对称分布9个纵隔板，即可提高横梁的整体刚度，同时减轻横梁重量，提高横梁的静动态特性。
[0032]本发明对十字加强筋板横梁和拱形加强筋板横梁的静态特性进行的对比，详见表I ;进行的动态特性对比，详见表2。
[0033]表I静态特性对比
[0034]
z向最大变形综合最大变形最大应力总重量结构形式 ~~~(mm)(mm)(MPa) (Kg)
十字加强筋板横梁0.096362"0.09656321.0407 9640
拱形加强筋扳横梁0.0740940.07554215.8057 7851
[0035]表2动态特性对比
[0036]
—阶频率二阶频率三阶频率I四阶频率五阶频率结构形式( Hz)__(Hz)__(Hz)丨 (Hz)__(Hz)
十字加强筋板横梁81.35105.74 138.56| 149.81 189.05
拱形加强筋板横梁99.74129.96139.03| 143.61155.96
[0037]从表I和表2中与十字加强筋板横梁相比，可以看出拱形加强筋板横梁具有以下性能的提升:Z向最大变形(mm)下降23.1 综合最大变形(mm)下降21.8%,最大应力(MPa)下降24.9%，一阶频率(Hz)上升22.6%，二阶频率(Hz)上升22.9%，总重量(Kg)下降18.5%o
【权利要求】
1.一种拱形筋板加强的轻量化机床横梁，其特征在于:横梁内部采用拱形加强筋板(1)，以横梁中面为基准对称分布数个纵隔板(2)，横梁截面为矩形截面。
2.根据权利要求1所述的拱形筋板加强的轻量化机床横梁，其特征在于:所述横梁内部拱形加强筋板(I)的拱轴线与横梁的上顶板(3)的内壁理论外形直线相切。
3.根据权利要求1所述的拱形筋板加强的轻量化机床横梁，其特征在于:所述横梁的两端设置有用于支撑横梁的支承(4)，拱形加强筋板(I)的拱轴线两端位于与横梁左右两端的支承(4)内壁理论外形直线相交处，且拱轴线端点与支承(4)的内侧平面距离为拱形加强筋板(I)壁厚的一半。
4.根据权利要求1所述的拱形筋板加强的轻量化机床横梁，其特征在于:所述纵隔板(2)的数量根据拱形加强筋板(I)的拱轴线弦高比来确定，纵隔板(2)的数量为O至数个。
5.根据权利要求1或4所述的拱形筋板加强的轻量化机床横梁，其特征在于:所述横梁内部拱形加强筋板的拱轴线弦高比为1:1时，纵隔板为I个；横梁内部拱形加强筋板的拱轴线弦高比为2:1时，纵隔板为3个；横梁内部拱形加强筋板的拱轴线弦高比为5:1时，纵隔板为9个。
6.根据权利要求1所述的拱形筋板加强的轻量化机床横梁，其特征在于:所述横梁上当纵隔板(2)的数量多于2个时，最外侧两个纵隔板之间的距离大于横梁上导轨的有效工作长度。
【文档编号】B23Q1/01GK104128803SQ201410353592
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月23日 优先权日:2014年7月23日
【发明者】段玉岗, 邓发明, 邝连杰, 支勉 申请人:西安交通大学