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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

2. 5 結(jié)果分析

通過超重型數(shù)控龍門移動(dòng)鏜銑床橫梁有限元優(yōu)化分析結(jié)果表 2，觀察其位移和應(yīng)力結(jié)果是比較好的。其次在溜板與橫梁的接觸面、絲杠螺母安裝處和立柱與橫梁接觸的內(nèi)側(cè)下方處有一定的應(yīng)力集中，但是都比較小，可以考慮加強(qiáng)橫梁上端輔助導(dǎo)軌的強(qiáng)度來降低其大應(yīng)力。

橫梁大位移發(fā)生在橫梁主導(dǎo)軌面外邊緣上與溜板等接觸的位置，優(yōu)化后大位移值為 0． 192 mm。設(shè)計(jì)開發(fā)卸荷梁與卸荷輪裝置來徹底d解決該機(jī)床超長(zhǎng)橫梁受力后位移問題，卸荷梁與卸荷輪裝置用于消除溜板和滑枕式鏜銑頭重力對(duì)橫梁體位移的影響。主導(dǎo)軌面橫梁向前傾覆比較小，但由于橫梁上面輔助導(dǎo)軌向前的彎曲會(huì)造成溜板等向前傾覆位移增加，所以在橫梁上增加了一條防傾鑲鋼導(dǎo)軌，同時(shí)加強(qiáng)橫梁上面輔助導(dǎo)軌的剛度，減少了滑枕式鏜銑頭的前傾位移。

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，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，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

文獻(xiàn)［4］中數(shù)控機(jī)床尤其是銑床，橫梁是很關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)水平的好壞直接影響整個(gè)機(jī)床性能。對(duì)于橫梁的優(yōu)化主要從兩方面考慮: ①在不增加質(zhì)量的前提下，使橫梁上的大變形化，提高橫梁的靜剛度; ②優(yōu)化中初階固有頻率不小于設(shè)定值，提高橫梁的動(dòng)剛度。優(yōu)化的具體實(shí)施步驟如下: 首先，通過形狀及拓?fù)鋬?yōu)化確定橫梁佳的截面輪廓和肋板布置方案，得到概念模型; 其次，通過尺寸優(yōu)化確定合理的外形尺寸和肋板厚度。CAE 軟件優(yōu)化模塊可以定義多個(gè)設(shè)計(jì)變量和狀態(tài)變量，設(shè)計(jì)變量為自變量，狀態(tài)變量和目標(biāo)函數(shù)都是設(shè)計(jì)變量的函數(shù)。如橫梁結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)、寬、高尺寸以及筋板厚度等定義為設(shè)計(jì)變量，橫梁結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力隨設(shè)計(jì)變量的變化而變化，是設(shè)計(jì)變量的函數(shù)，可以定義為狀態(tài)變量，使結(jié)構(gòu)重量化定義為目標(biāo)函數(shù)。