0 引言
普通的立式车床龙门结构中由于横梁、立柱的不对称性设计 ，容易造成加工精度降低 ，误差较大的情况 。现在探索一种新型的龙门结构这个新结构相对热源采用对称的设计 。这个新的对称性设计 ，有助于车床工作时产生的热量传播的平衡性 ，能够保证加工时加工精度 。
新的结构主轴或刀架被放置在横梁截面中间 ，采用对称横梁结构 ，立柱也采用对称结构 ，横梁被置于立柱截面中间 ，立柱的左右两部分的热膨胀量大致相等 。采用这种结构 ，可以减少加工时车床结构热变形 。现在针对提出的这种新型龙门结构进行建模和分析[1] 。
1 龙门结构的有限元模型建立
模态分析是机械和结构动力学中一种极为重要的分析方法[3] 。计算模态分析从机械、结构的几何特性与材料特 性等原始参数出发 ，采用有限元法形成系统的离散数学模型—质量矩阵和刚度矩阵 ，然后通过求解特征值问题 ，确定系统的模态参数 。由模态迭加法 ，可以分析机械、结构在已知外载荷作用下的动态响应或动态稳定性问题 。
利用三维绘图软件NX8.0 建立三维模型 ，对模型进行适当简化（忽略倒角、倒圆、小孔等小特征）后 ，将所建模型直接导入 ANSYS Workbench 中 。定义立柱材料及其属性 ，四面体单元对网格的划分则比较灵活 ，对于结构不规则的几何模型 ，也能划分出较为规则的网格 ，同时也能够保证计算的精度 。网格大小为 100mm ，得到有限元模型如图 1 所示 。
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3 结语
结合大型数控机床的实际激励状况 ，对于改进后的机床龙门结构进行有限元分析 。机床立柱上丝杠的联接部位给横梁两端施加固定约束 ，将无摩擦约束设置在机床滑动导轨副和横梁中间位置 ，用来限制横梁的法向位移 。先在给横梁和主轴箱结合位置施加 XYZ 三个方向的等效集中载荷 ，通过分析模态和静力分析 ，得到了固有频率和模态振型 ，振型图表明各个部件的动态性能情况 ，从这也可以看出各个结构的变形形式和最大变形区域出现的位置 。对于龙门结构的热平衡优化设计后 ，通过有限元分析 ，可以看出机床龙门结构在不同载荷下的变形形状和最大变形区域 ，通过分析可得到龙门结构的薄弱环节 ， 为车床结构进一步的结构设计优化提供一定的理论支持和依据 。
