横梁系统静动热态特性的国内、外研究现状
龙门加工中心的横梁系统作为机床的主要承载部件系统。它的静动热态性能会 对机床的加工精度和机床的切削性能影响非常大。因此，对龙门加工中心的横梁系 统的静动热态性能的研宄一直被研宄机构和高校所关注。又由于近年来我国对于大 型龙门加工中心机床的研宄正朝着高速化、高精度化方向发展，因而对于横梁系统 的设计与性能研宄更加重要，也成为企业和众多学者研宄的重点。
1.3.1国内研究现状
近年来，国内的许多研宄机构和大学都对龙门加工中心横梁系统的静动热态特 性进行了深入的研宄。李伯基等人运用有限元软件从结构设计上分析横梁的变形情 况，并阐述了制造工艺对横梁导轨变形产生的影响[7];关英俊等人建立移动龙门加 工中心横梁有限元模型，对横梁进行静动态刚度分析，提出了改进优化方案[8];李 焱等人基于有限元分析软件建立机床整机以及主要部件的有限元模型，并进行简化 处理，分析边界条件和约束得到静力学分析结果，通过结构优化处理可知提高横梁 与滑枕处的静刚度，可以改善整机静刚度[9];侯红玲等人基于有限元分析软件，对截面形状不同的几种结构的梁进行静力和模态分析，并从强度较好的梁中选取出刚 度好的梁。通过模态分析得到一阶频率的振型和结构的变形云图，并初步得到较为 合理的横梁结构[1°]。
霍军周等人运用UG平台建立双摆铣头的力学模型，讨论两种极限工况下动态 性能，基于模态分析结果得到其固有动态属性；借助谐响应模块分析出双摆铣头在 不同频率下的响应曲线和对应的应力与变形值，最后确定双摆铣头发生共振的频率 范围，从而以实现高精度的铣削和延长刀具的寿命[11]。
陈水胜等人对XK2535镗铣床的横梁进行了热特性分析，充分分析横梁热源和 计算对流换热系数，并对其进行热稳态特性分析[12]。苏宇峰等人利用有限元分析软 件ANSYS对CX8075型车铣复合加工中心的横梁进行热稳态特性进行分析[13]。尹红 基于有限元分析方法，通过计算得到主要部件的发热量和对流换热系数。针对高速 龙门五轴加工中心横梁部件建立了热力学耦合模型，并进行热力学性能分析，获得 影响横梁部件热变形的主要构件，并进行了结构优化。最后，通过分析对比测试数 据，验证了模型建立的正确性[14]。刘宝俊建立滚珠丝杠传动系统和导轨的热力学模 型，通过理论计算得到其发热量与对流换热系数，并将计算结果施加到模型中，得 到其稳态温度场和瞬态温度场分布，在此基础上进行热-结构耦合分析，得到机床进 给系统热变形；并充分考虑多因素对滚珠丝杠传动系统热变形的影响。最后，开发 了集成温度和位移采集的多通道数据采集器，对其进行测量试验，将热误差模拟分 析的结果与试验结果进行对比，验证方法的正确性[15]。
1.3.2国外研究现状
国外的学者对机床的横梁系统静动热态特性也进行了大量的研宄。
Sim-Min Kim[16]等研宄了螺栓预紧力对磨床砂轮的振动特性影响。运用有限元方 法建模分析得到砂轮的模态分析结果，并通过试验方法得到砂轮的动态振动特性结 果，将两者对比得到误差在5%之内。M.Zatarain[17]基于有限元方法建立立柱移动式 铣床、横梁、立柱等部件在内的整机模型，并进行了模态分析得到固有频率，在此 基础上对模型的几种优化方案比较，最后选择其中较合理的结构。£五叮狀扮[18]等人 将滚珠导轨结合部模型等价为滚动沟槽间的点接触方式的质量弹簧有限元模型，并 通过理论计算得出弹簧刚度值。Zaeh，厘王[19]等人对丝杠用梁单元进行动态建模，将螺母等效为质量节点，运用弹簧刚度矩阵对螺母与丝杠节点之间的接触进行等效 模拟，并将理论计算结果和模拟结果对比验证。
Yun Won Soo[2°]等建立机床进给驱动系统的有限元热态分析模型，得到进给系 统的温度场分布，通过设计MLCM和GEA算法，用其分析进给系统子部件滚珠丝 杠的线性定位误差，并且通过激光干涉仪进行实验测量验证了该模型的有效性和可 靠性。Huang SC[21]建立丝杠螺母、滚珠丝杠前后轴承等热力学模型，得到其热源的 温度场分布，并把温度作为预测模型的变量，运用多元线性回归的方法，预测滚珠 丝杠在不同转速下的热变形情况。^等[22]与幻111等[23]对施加轴向负载的滚珠丝杠 进行有限元研宄，并分析了在不同转速下和运行时间下的温度场分布，通过实验验 证有限元分析结果。
虽然国内外学者对横梁系统的静动态特性进行了一系列的研宄，但大多数都是 把横梁系统的静动热态特性分开进行研宄的，很少有对横梁系统进行静动热态综合 性研宄的；且多数的静态特性分析从横梁结构对其变形的影响来分析的。由于重型 机床的结构件自身的重量增加了驱动电机的功率，增加丝杠的负担，因此在垂直移 动部件上采用平衡油缸来平衡结构自身的重力，并充分考虑到平衡油缸对横梁变形 的影响，这对加工过程的可靠性、有效性及部件寿命的提高都具有十分重要的意义。