[发明专利]一种龙门式支架连接方式的改进方法及龙门式支架

说明书

技术领域

本发明涉及龙门式支架，尤其涉及龙门式支架结构的部件之间连接关系的改进。

背景技术

鉴于龙门式支架的优点，业界普遍采用龙门式支架作为PCB钻孔机的支架，为了整机结构简单可靠，一般多轴PCB钻孔机基础件均采用龙门定梁式结构，龙门式支架主要由横梁1、横梁底座3、床身4组成（图1）。目前比较流行的连接方式，是采用五根长特制螺栓2，从横梁孔内穿过横梁底座，锁紧在床身上（图2）。

为了结构精度稳定，该龙门结构均采用天然花岗岩材料制作，在床身上安装横梁底座部位埋植五个长螺母并用5个长螺栓从横梁上方向下锁紧横梁、横梁底座及床身，但由于花岗岩表面光滑，摩擦力比较小，而横梁底座相当于由横梁和床身二者夹紧的状态，由于机器长期运行的振动，容易使横梁产生滑移影响机器稳定。

如图1所示，横梁底座前后两侧各有一个销钉孔5，下方床身对应的位置也有两个盲孔，先分别在床身这两个盲孔中用强力胶埋植两个金属件，同时在横梁底座的通孔中用强力胶埋植两金属套，当装配中横梁底座位置排定后，用普通钻头和铰刀在这两对金属柱和金属套上配铰成对定位销孔，然后打入定位销钉。

同时采用振动测试系统的锤击模块和模态分析模块进行数据的采集与后处理分析，实际测试连接后的支架前3阶模态如表2所示：

原方案横梁1通过五根长螺栓2穿过横梁底座3与床身4连接，每个横梁底座右侧有两个销钉5与床身4连接，通过有限元仿真和实际模态测试，长度显著的螺栓的工作中模态比较低，导致结合面的接触刚度比较低。同时由于特别订制长螺钉，导致成本比较高。

发明内容

本发明提供了龙门式支架连接方式的改进方法，包括以下步骤：

建模：建立龙门式支架结构部件之间连接的模型；

测试：测试连接后的支架前3阶模态；

测试与仿真结合，优化设计:通过横梁自由模态仿真，再采用接触算法并添加简化的螺栓连接进行机架整体的静力学和模态仿真；

优化改进：横梁与横梁底座通过标准螺钉连接，横梁底座与床身用标准

螺钉连接。

作为本发明的进一步改进，横梁与横梁底座通过五个标准螺钉连接，横梁底座与床身用四个标准螺钉连接，在标准螺钉与横梁之间垫设较硬的金属垫片和较软的金属垫片，在标准螺钉与横梁底座之间垫设较硬的金属垫片和较软的金属垫片，横梁的厚度为315mm至325mm。

作为本发明的进一步改进，测试连接后的支架前3阶模态：采用振动测试系统的锤击模块和模态分析模块进行数据的采集与后处理分析。

作为本发明的进一步改进，以横梁自由模态测试数据为依据，改变材料参数，仿真优化，使横梁自由模态与测试相符，误差在5%左右，得出横梁真实的材料参数，新机架的仿真均采用横梁真实的材料参数的仿真参数，同样采用接触算法并添加简化的螺栓连接进行机架整体的静力学和模态仿真。

作为本发明的进一步改进，所述横梁底座设有台阶孔，带有螺纹的金属柱由强力胶埋植在横梁底座中，所述床身设置通孔，带有螺纹的金属柱由强力胶埋植在床身中。

作为本发明的进一步改进，还包括：测试验证，改进前后两款不同横梁模态的测试，主轴前后左右偏摆的测试。

作为本发明的进一步改进，横梁与横梁底座通过五个标准螺钉连接，横梁底座与床身用四个标准螺钉连接。

作为本发明的进一步改进，在标准螺钉与横梁之间垫设较硬的金属垫片和较软的金属垫片，在标准螺钉与横梁底座之间垫设较硬的金属垫片和较软的金属垫片，横梁的厚度为315mm至325mm。

作为本发明的进一步改进，所述横梁底座设有台阶孔，带有螺纹的金属柱由强力胶埋植在横梁底座中，所述床身设置通孔，带有螺纹的金属柱由强力胶埋植在床身中。

本发明在连接螺栓的总面积不变时，螺栓的数量和大小对连接刚度的影响，直径较小而数量较多的螺栓连接，比直径较大而数量较少的螺栓连接法向变形小。

为提高支架连接刚度，本发明从螺栓的数量和排列方面，在不减小连接螺栓直径的情况下，增多螺栓的数量，提高连接刚度，采用标准件连接，降低成本，同时配合有限元计算分析和振动测试仪实际测试验证，能够提高支架的连接刚度和自身强度，提升机床动态工作稳定性。

附图说明

图1是现有技术龙门式支架结构示意图；

图2是现有技术龙门式支架俯视图；

图3是本发明龙门式支架结构示意图；

图4是本发明龙门式支架俯视图；

图5是旧横梁自由模态测试与旧横梁及其底座两种情况模态测试结果。