总结
本课题运用有限元分析和理论计算方法，针对XH2130龙门加工中心的横梁系 统进行静动热态特性分析，得到横梁系统的静态变形结果、各阶固有频率、动态响 应、导轨和滚珠丝杠的热变形结果，为横梁系统的优化和变形补偿提供设计方法和 理论参考。本文研宄所取得的研宄成果和结论如下：
(1)对横梁系统的静态特性研宄。建立机床的整机模型和横梁系统模型，详细 的分析了约束和边界条件，以及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，并与没有考虑平衡油缸的静态分析结果对比发现，添加平衡油缸能够很好 减少横梁系统的变形。最后，在多种工况下，进行多模型计算，得到横梁的静态特 性分析结果发现：横梁的X方向和Z方向的变形量基本保持恒定，并且随着滑座、 横梁和滑枕位置的变化而产生的变化很小，横梁Y方向的变形量与滑座的行程有较 大的关系，而与横梁和滑枕位置的变化关系较小。当滑座位置在横梁中间位置时， 横梁变形量和Y方向变形量，向两端逐渐减小，其位移可达到 0.mm。
(2)对横梁进行动态特性分析。通过模态分析得到六阶振型和固有频率；通过 对比发现横梁一阶固有频率理论计算值（61.926Hz)和有限元分析值（63.005Hz) 非常接近，验证有限元模型建立和模态分析的正确性。在模态分析基础上，对横梁 进行谐响应分析发现，横梁在频率55Hz、80Hz和115Hz时的振幅，对应横梁 的第二、四阶模态，并提出谐响应改进的方法。最后，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，可知在有效范围内滚珠丝杠不会发生 共振。
(3)对横梁系统的滚珠丝杠进行热分析。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一结构耦合分析，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 变形分布情况可知系统温度为35.871 °C，发生在滚珠丝杠两端的深沟球轴承内圈与滚珠丝杠配合处。滚珠丝杠热变形热位移量为15.593|im，滚珠丝杠两端变 形较大，说明两端轴承的发热对滚珠丝杠的热变形有很大影响。最后，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特性研宄。建立横梁导轨的有限元模型，得到导轨的 静态分析结果：该横梁的上下导轨在受力情况下，变形趋势是向上凸。根据补偿原 理，描绘出导轨面的补偿曲线；建立热力学模型，得到导轨的稳态和瞬态温度场分 布和热变形结果。导轨与滑块相接触的四个位置区域温度，值为29.204°C，并 且成对称分布，在4018s左右温升趋于稳定，之后达到热平衡状态；对比发现瞬态 热结构耦合总变形量比稳态热结构耦合总变形量大6.542|im，说明热源移动对导轨 的变形有较大影响。
6.2展望
本文对横梁系统的静、动、热特特性进行了分析，取得了一定的研宄成果，但 由于时间的限制，课题的研宄仍存在一些不足之处，须进一步进行研宄和探讨，主 要体现在以下几个方面：
(1)XH2130龙门加工中心结构十分复杂，若根据实际情况建立模型，则 网格划分的难度会增强许多，在静态分析时候故对整机进行结构简化处理，分析结 果与实际结构必然存在一定的误差；在动、热态分析时候，难以给出真实的边界条 件，参数的理论计算还不具有普遍性。因此，需要对这些进行完善，使得精确计算 结果成为可能。
(2)对横梁系统的关键部件导轨和滚珠丝杠子系统进行热态分析时候，热源的 考虑还需进一步完善，充分考虑加工发热、外部环境温度变化，建立热态分析模型 时候综合考虑到对流换热、辐射、热传导，使得模型建立更加合理分析结果更加精确。
(3)对横梁系统静动热态特性有限元分析得到理论计算的验证，但理论计算的 参数还需要进一步的实验验证，这样才能更好的验证和指导横梁系统的设计和优化。 有限元分析结果、理论计算结果和实验结果三者对比分析需要进一步研宄和探索的 工作。