新型高性能蜂窝式横梁结构的制作方法

本实用新型涉及数控机床加工的领域，尤其是一种新型高性能蜂窝式横梁结构。

背景技术：

近年来，数控技术的出现，尤其是在机械制造业方面带来了革命性的变化和发展。并且，随着计算机技术和现代化工业结构设计技术的快速发展以及装备制造业对数控机床的大量需求，促进了数控机床的发展和应用。开展的“十二五”计划和已全面启动和实施的科技重大专项“高档数控机床与基础制造装备”，表明我国对发展国产数控机床的重视和提倡。由于我国在数控机床方面发展相对日本、英国、德国等发达国家较晚，导致我国大部分先进的数控机床和主要功能部件依靠进口。因此，在了解数控机床技术发展现状和趋势的同时，有必要针对大型高性能数控机床进行研究，形成具有独立自主产权的先进数控车床制造技术，促进我国数控机床方面的发展，以改善国内不断增长的需求。

根据数控机床的结构和工作过程，可以看出数控车床是典型的一种机电一体化产品，其中包括现代机械制造技术、自动控制技术、故障检测技术、现代通信技术，从而实现高效率、高精度、高柔性和高自动化的现代机械加工。并且，数控车床是在机床应用中占有比例较大、自动化程度较高。它同其它机电一体化产品一样，也是由机械本体、驱动系统、电子集成控制单元、检测传感单元部分和执行结构单元(伺服系统)组成。与普通机床不同的是，数控机床在加工零件时，是由操作者根据零件图纸的要求，不断改变刀具与工件之间的相对运动轨迹，由刀具对工件进行切削而加工出合要求的零件；而在数控车床上加工零件时，则是将被加工零件的加工过程顺序、工艺参数要求和车床运动要求用数控机器语言编制出相应的控制加工程序，然后输入到控制单元中，在向伺服系统发出执行命令，有伺服系统驱动机床进行部件的移动和车床刀具的控制，从而完成零件的加工。省略了烦冗的普通机床加工中的不断改变刀具和工件之间的反反复复操作，实现了高度自动控制率，降低了人力、物力等方面的经济投入。

我国高性能机床的研制相对于国外发达国家较晚，虽然经过近几年的快速发展，但和发达国家相比还有很大差距，主要包括：超精密非球面车床还不能批量化生产；机床的精度一般比国外大约要低一个等级或标准；机床精度的保持时间大大低于国外同类产品。因此，国内高性能的数控机床或者重要核心部件主要依靠进口。根据相关数据统计，在国内市场方面，中国国产机床目前只有30％的数控化率，与发达国家60％～70％的水平存在很大差距，存量机床的数控化率只有10％左右；而且，国产中高档数控机床总和不到20％，国内高档精密控制的机床自给率不到5％，约有95％依赖进口。

高性能大型移动龙门式车床机床与普通加工车床相比，在大型装备和精密部件加工方面具有得天独厚的优势和广泛的应用。随着随着网络化技术和信息化技术的不断发展以及数控集成系统的不断完善，当今的数控机床快速地向高速、高精度、复合、智能、环保方面发展，以应对目前越来越复杂的加工工件和高度自动化要求。本实用新型着重考虑到这方面的因素，提出了一种新型高性能蜂窝式横梁结构设计，并利用一种新颖的力场结构耦合仿真分析方法，得到该结构的受力场分布和形变量，由此作为该机构设计的理论基础和依据，最后再结合实际生产经验进行了有效地设计和制造。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种新型高性能蜂窝式横梁结构，解决本公司数控机床加工的复杂问题，同时能够有效地增强移动龙门式车床操作性和高稳定性，除了以上优点外，还可以扩展数控机床在智能化加工和监控技术，充分分析机床有关数据，避免事故的发生和减少机床的故障率，它在航空航天、能源、汽车及船舶等行业有着较为广阔的应用前景。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种新型高性能蜂窝式横梁结构的制造方法，具体步骤如下：

步骤一、结合加工零部件实际尺寸以及加工精度，构建理论分析模型并搭建数控机床横梁有限元模型，推导获取整体刚度矩阵和载荷向量数学模型其中Ge表示单元刚度矩阵，{p}e表示单元节点负荷矩阵，E表示总的单元个数，得到相应的仿真边界条件；

步骤二、结构设计软件Solidworks进行建立合理的模型，并通过有限元分析软件Ansysworkbench进行机床力场分布分析和形变量计算；

步骤三、根据该机床中力场分布和形变量计算结果，进行构件蜂窝式横梁结构。

新型高性能蜂窝式横梁结构，包括横梁和垂直连接在横梁下端面上的两根相互平行的立柱，

所述的立柱包括中空结构的外壳体和盖板以及连接在外壳体底端上的底座，所述的外壳体由前侧板、左侧板、后侧板以及右侧板围成，前侧板顶端边缘具有向外延伸的导向支撑斜边，左、右侧板顶部侧边缘具有与导向支撑斜边相配合的左、右倾斜角，导向支撑斜边和左、右倾斜角相配合形成整体结构，所述的盖板上开设有通孔，盖板的边缘上开设有若干个定位通孔，盖板通过螺栓穿过定位通孔定位锁紧在外壳体顶端边缘上，盖板的边缘与外壳体顶端边缘相齐平，所述的前侧板、左侧板、后侧板以及右侧板的内侧壁上均具有若干个向内延伸且连续的第一蜂窝式凸筋，第一蜂窝式凸筋的筋厚为30mm～40mm，第一蜂窝式凸筋呈六边形且相互对边之间的间距为450mm，

所述的横梁由中空结构的上框体和连接在上框体两端的左、右端板组成，上框体由前面板、上面板、下面板以及后板围成，前面板的上部和下部分别具有向内凹陷的线轨压块槽和向外凸起的电机安装槽，前面板、上面板、下面板以及后板的内侧壁上均具有若干个向内延伸且连续的第二蜂窝式凸筋，第二蜂窝式凸筋的筋厚为30mm～40mm，第二蜂窝式凸筋呈六边形且相互对边之间的间距为550mm。

本实用新型的有益效果是，本实用新型的一种新型高性能蜂窝式横梁结构，第一，通过有限元分析软件进行仿真计算，奠定了一定的理论基础和依据，并减少了研发成本费用，缩短研发周期；第二，仿真分析过程中，涉及到的分析方法，可作为后续对该结构改良和完善的重要基础，丰富了本公司研发设计经验；第三，通过本方法能够优化本设计结构，在减少生产成本的同时，还能够提高该数控机床工作效率和减少运行故障率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的立柱的立体图；

图3是本实用新型的立柱的主视图；

图4是本实用新型的立柱的侧视图；

图5是本实用新型的横梁的示意图；

图6是本实用新型的横梁的侧面图。

图中1.横梁，11.上框体，11-1.前面板，11-2.线轨压块槽，11-3.电机安装槽，12.第二蜂窝式凸筋，2.立柱，21.外壳体，21-1.前侧板，21-11.导向支撑斜边，22.盖板，22-1.通孔，23.底座，24.第一蜂窝式凸筋。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

一种新型高性能蜂窝式横梁结构的制造方法，具体步骤如下：

步骤一、结合加工零部件实际尺寸以及加工精度，构建理论分析模型并搭建数控机床横梁有限元模型，推导获取整体刚度矩阵和载荷向量数学模型其中Ge表示单元刚度矩阵，{p}e表示单元节点负荷矩阵，E表示总的单元个数，得到相应的仿真边界条件；

步骤二、结构设计软件Solidworks进行建立合理的模型，并通过有限元分析软件Ansysworkbench进行机床力场分布分析和形变量计算；

步骤三、根据该机床中力场分布和形变量计算结果，进行构件蜂窝式横梁结构。

设计过程中，严格以实际生产环境和制作材料作为输入参数，尽量做到真实的仿真计算环境，以精确化仿真计算结果，本实用新型的涉及的主要组成部件如图5所示，该结构包括：蜂窝式敞口孔洞，如图5所示，这样的结构设计能够有效改善机床加工工件时的力场分布，有效提高横梁作用力分布，。

如图1～图6所示的一种新型高性能蜂窝式横梁结构，包括横梁1和垂直连接在横梁1下端面上的两根相互平行的立柱2，立柱2包括中空结构的外壳体21和盖板22以及连接在外壳体21底端上的底座23，外壳体21由前侧板21-1、左侧板、后侧板以及右侧板围成，前侧板21-1顶端边缘具有向外延伸的导向支撑斜边21-11，左、右侧板顶部侧边缘具有与导向支撑斜边21-11相配合的左、右倾斜角，导向支撑斜边21-11和左、右倾斜角相配合形成整体结构，盖板22上开设有通孔22-1，盖板22的边缘上开设有若干个定位通孔，盖板22通过螺栓穿过定位通孔定位锁紧在外壳体21顶端边缘上，盖板22的边缘与外壳体21顶端边缘相齐平，前侧板21-1、左侧板、后侧板以及右侧板的内侧壁上均具有若干个向内延伸且连续的第一蜂窝式凸筋24，第一蜂窝式凸筋24的筋厚为30mm～40mm，第一蜂窝式凸筋24呈六边形且相互对边之间的间距为450mm，横梁1由中空结构的上框体11和连接在上框体11两端的左、右端板组成，上框体11由前面板11-1、上面板、下面板以及后板围成，前面板11-1的上部和下部分别具有向内凹陷的线轨压块槽11-2和向外凸起的电机安装槽11-3，前面板11-1、上面板、下面板以及后板的内侧壁上均具有若干个向内延伸且连续的第二蜂窝式凸筋12，第二蜂窝式凸筋12的筋厚为30mm～40mm，第二蜂窝式凸筋12呈六边形且相互对边之间的间距为550mm。

在设计过程中，通过Ansysworkbench、Solidworks等有限元仿真软件进行有效的构建力场-结构耦合分析模型，进行理论分析基础分析，并通过实际生产样品验证了该方案的可行性和有效性。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。