1 引 言
隨著科學技術的不斷發展,數控機床正朝著高速度、高精度、高綜合性能方向發展[1]。橫梁移動式龍門加工中心跨距大,效率高,可進行五面體加工,從而獲得較高的加工精度和表面質量,適用于大型零部件的加工,廣泛的應用于汽車制造、船舶機械、大型模具等行業中。隨著制造業的迅猛發展,對產品加工質量及加工精度要求也在不斷提高,構成了對機床性能更高的要求。橫梁原理,模仿睡蓮葉脈結構設計了機床橫梁筋板結構,使橫梁靜動態特性得到有效提高;文獻[6]對重型龍門鏜銑床橫梁受力情況進行了分析并設計分析了三種外形尺寸的橫梁,通過對橫梁自身剛度和橫梁變形折算至刀尖位移的分析,為橫梁結構的設計提供了計算方法與依據。文獻[7]以橫梁底板厚度、橫梁壁厚、導軌寬度、筋板厚度為優化設計變量,采用靈敏度分析方法找出影響橫梁性能的關鍵因素,最后對橫梁進行多目標優化設計,對比優化前后橫梁各性能參數,證明優化設計后的橫梁具有良好的性能。
針對橫梁關鍵結構:筋板結構和上導軌支撐筋板結構,結合企業橫梁移動式龍門加工中心橫梁筋板結構,另外設計了7種橫梁筋板結構,運用有限元軟件對8種橫梁結構進行了靜動態特性有限元分析,篩選出相對優秀的方案進行二次優化設計,即對橫梁上導軌懸臂支撐筋板進行了傾斜設計,對比上導軌懸臂支撐結構傾斜設計與非傾斜設計的橫梁靜動態特性參數,篩選出最優設計方案,為橫梁結構設計提供了理論依據與方法參考。
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結 論
(1)通過兩次優化設計,即設計并分析了8種筋板結構橫梁的靜態特性,初步篩選出6種設計方案;對6種設計方案進行二次優化設計,將橫梁上導軌懸臂支撐筋板傾斜45°設計并進行有限元分析。其中井型筋板結構的橫梁為最優方案,相比于原結構方案,井型筋板結構橫梁質量減輕了329kg,總位移形變降低了8.98%,一階固有頻率提高了2.40%,橫梁各項性能得到提高。
(2)橫梁因自重引起的變形量占總位移形變量的45.1%,說明橫梁自重對橫梁彎曲變形影響較大,在優化設計中應該將橫梁質量作為評價優化設計優劣的重要指標。對橫梁筋板結構進行設計,其主要作用是減輕橫梁質量且平均質量減輕247.2kg;對上導軌懸臂支撐筋板傾斜設計,其主要作用是降低橫梁彎曲變形且平均降幅達8.1%,結合兩種方法可以有效的提高橫梁性能。