课题研究方法及目的
1.4.1课题研究的方法
本文采用有限元分析与理论计算相结合的方法对横梁系统进行静动热态特性分 析。横梁系统的技术研宄路线如图1-1所示：
首先简单的介绍了 xh2130加工中心的特点，并建立了有限元模型，充分考虑 到平衡油缸对横梁变形的影响，然后利用ansys workbench对横梁的静动态特性 分析，得到横梁多模型计算结果和各阶振型。然后通过理论计算得到横梁系统在运 行过程中导轨和滚珠丝杠系统的发热量和对流换热系数，并把计算结果作为边界条 件和载荷，加载到热力学模型中，得到横梁系统的温度场分布和热变形情况。后 考虑横梁系统的热变形对其静动态热性的影响，并与之前的静动态特性作比较，分 析其静动态性能的变化。
1.4.2课题研究的目的
由于龙门加工中心横梁系统作为承载部件，其静动热态性能对机床的加工性能 和切削性能有很大影响，本文以xh2130龙门加工中心的横梁系统作为研宄对象， 研宄其静动热态特性，得到横梁系统多模型计算结果，各阶固有频率和动态响应曲 线以及导轨和滚珠丝杠系统温度场和热变形分析。这为机床横梁系统的优化提供了 研宄方法和理论依据，具有较高的参考价值。
1.5课题研究的主要内容
本文针对xh2130龙门加工中心的横梁系统静动热态特性进行研宄，采用有限 元分析方法，通过pro/e建立机床的三维模型，包括立柱、横梁、滑座、滑枕、导 轨、滚珠丝杠系统等，装配好之后导入到ansys workbench中，确定合理的边界 条件，对模型进行静动热态特性分析，分别得到机床的应力、应变结果和横梁的前 六阶模态以及谐响应曲线，导轨和滚珠丝杠系统的热变形结果，对设计出具有良好 的静动热态的整机结构有着非常重要的意义。
本课题的主要研宄内容如下：
首先，介绍了 xh2130龙门加工中心的主要结构，并建立了龙门加工中心整机 和横梁的有限元模型，定义了机床的坐标，详细的介绍了有限元分析时的约束和边 界条件。然后在受力分析时充分的考虑到平衡油缸对其关键部件的影响。在多种工 况下，进行多模型计算，得到的静态特性分析结果及横梁变形量曲线。
(2)横梁系统模态分析和谐响应分析
基于模态分析理论进行概述，得到振动分析方程。然后建立横梁有限元分析模 型，进行模态分析得到六阶振型和固有频率；通过固有频率理论计算结果和有限元 分析结果对比发现非常接近，验证有限元模型建立和模态分析的正确性。在模态分 析的基础上，对横梁进行谐响应分析，得到横梁上下导轨处x、y、z方向位移对频 率的响应曲线，并提出谐响应改进的方法。后对横梁系统中的滚珠丝杠进行模态 分析，得到六阶振型和各阶临界转速，可知在有限范围内滚珠丝杠不会发生共振。
(3)横梁系统中滚珠丝杠热分析
对滚珠丝杠系统进行热态特性分析以及热变形分析。首先，分析滚珠丝杠的热 源，通过计算得出各个发热部件的发热量，和对流换热系数。通过有限元建模分析 得到滚珠丝杠系统的稳态温度场分布云图。然后，对滚珠丝杠系统进行热-结构耦合 分析，得到滚珠丝杠系统在热载荷的影响下滚珠丝杠系统的总热变形和x、y、z三 个方向上的热变形分布情况。后，分析影响滚珠丝杠系统热变形的主要因素，并 提出改善滚珠丝杠系统热态特性的主要措施。
(4)横梁系统中导轨变形研宄
对横梁上下导轨的变形情况进行分析，绘制出导轨变形曲线和补偿曲线，并通 过数值分析得到拟合补偿曲线方程；后，通过对横梁系统中的导轨热源分析和传 热分析，计算出导轨的发热量和对流换热系数，并以此为边界条件和载荷对导轨进 行热态特性分析，与静态载荷作用下变形对比，分析导轨热态特性对静态特性的影 响，并提出减少导轨变形的有效措施。