超重型數(shù)控龍門移動(dòng)鏜銑床橫梁的有限元分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

文獻(xiàn)［5］考慮了大型龍門機(jī)床橫梁部件中各零件間結(jié)合面，對(duì)其靜剛度進(jìn)行了有限元分析，理論分析結(jié)果有較好的實(shí)用價(jià)值。

文獻(xiàn)［6］針對(duì)數(shù)控重型龍門銑床超跨距橫梁由于跨度大質(zhì)量大，安裝完畢后由于重力和溜板、滑枕作用力會(huì)向下彎曲，其中 Z 向?qū)к壝娴拇髶隙瓤蛇_(dá)到1 mm，嚴(yán)重影響加工精度的問題，采用對(duì)導(dǎo)軌面預(yù)起拱的方法來補(bǔ)償橫梁變形對(duì)加工精度的影響。對(duì)超跨距橫梁 Z 向?qū)к壝嫫鸸扒€進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并用優(yōu)化算法對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化。首先用有限元方法仿d真計(jì)算了超跨距橫梁實(shí)際工作時(shí)的變形，動(dòng)力銑頭多少錢，并擬合了橫梁 Z 向?qū)к壸冃蔚淖冃吻€． 考慮了溜板左右 2 個(gè)接觸面對(duì)變形曲線的影響，采用優(yōu)化算法分多種情況設(shè)計(jì)和優(yōu)化了起拱曲線。經(jīng)分析，采用優(yōu)化算法得到起拱曲線遠(yuǎn)優(yōu)于以往起拱曲線設(shè)計(jì)方法的效果。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，機(jī)床銑刀頭水平移動(dòng)直線度誤差和角度偏差已經(jīng)遠(yuǎn)低于規(guī)定的值。

超重型數(shù)控龍門移動(dòng)鏜銑床橫梁的有限元分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

文獻(xiàn)［7］基于有限元分析方法預(yù)估彈性橫梁靜態(tài)承載曲線，進(jìn)而得到橫梁起拱曲線，并通過實(shí)驗(yàn)對(duì)起拱曲線進(jìn)行驗(yàn)證。

文獻(xiàn)［8］通過對(duì)龍門加工中心橫梁關(guān)鍵尺寸的靈敏度分析，找出了對(duì)橫梁靜變形量和一階頻率影響較大的尺寸變量，上下壁厚是橫梁結(jié)構(gòu)靜變形量靈敏度大的尺寸，縱向筋板是橫梁結(jié)構(gòu)一階固有頻率靈敏度大的尺寸; 以橫梁靜變形量和一階模態(tài)頻率為性能指標(biāo)，結(jié)合靈敏度分析結(jié)果，采用變尺寸法對(duì)橫梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析，天津動(dòng)力銑頭，提高了橫梁的靜動(dòng)態(tài)特性，并降低了橫梁的重量。

文獻(xiàn)［9］中數(shù)控龍門機(jī)床 8 m 長(zhǎng)的橫梁材料采用高強(qiáng)度低合金結(jié)構(gòu)鋼 Q345B，采用焊接工藝加工。利用 ANSYS Workbench 對(duì)機(jī)床橫梁進(jìn)行了靜動(dòng)態(tài)有限元分析，動(dòng)力銑頭價(jià)格，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，并且制造出機(jī)床。

超重型數(shù)控龍門移動(dòng)鏜銑床橫梁的有限元分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

1 大型龍門機(jī)床橫梁研究進(jìn)展

橫梁是超重型數(shù)控龍門移動(dòng)鏜銑床中的主要支承部件，橫梁結(jié)構(gòu)的好壞直接影響到機(jī)床的使用性能和制造成本。要提高機(jī)床的加工效率、精度，必須考慮機(jī)床結(jié)構(gòu)中橫梁的剛度等靜態(tài)特性。國內(nèi)外在機(jī)床橫梁研究方面主要采用有限元分析方法，對(duì)機(jī)床橫梁結(jié)構(gòu)剛度進(jìn)行評(píng)估。

在數(shù)控龍門機(jī)床橫梁體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，文獻(xiàn)［2］中有橫梁體板筋形式、橫梁體截面形狀及導(dǎo)軌的分布形式可以參考。文獻(xiàn)［3］中不同筋板結(jié)構(gòu)的橫梁抗彎、抗扭能力不同，O 字型結(jié)構(gòu)橫梁除了工藝性能之外，抗彎抗扭性能也比其他橫梁好，而且各階固有頻率也比其他結(jié)構(gòu)橫梁各階固有頻率高。通過改變橫梁體的結(jié)構(gòu)形式，如: 改變橫梁體截面的長(zhǎng)度和寬度、內(nèi)腔筋板的結(jié)構(gòu)形式、橫梁導(dǎo)軌的尺寸大小和厚度、橫梁體的壁厚和關(guān)鍵部位筋板的壁厚等，來提高橫梁體剛性等性能。

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