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超重型數控龍門移動鏜銑床橫梁的有限元分析與結構優化

2． 6 機床卸荷梁與卸荷輪裝置［1］

卸荷梁與卸荷輪裝置用于消除溜板和滑枕式鏜銑頭等重力對該機床橫梁體位移可能較大的問題。卸荷梁的設計原理是通過預先計算重量，在橫梁上設置一個帶曲線的卸荷梁，卸荷梁為鋼結構件制成，由雙支點將所受之力由絲桿傳遞于立柱上，避免了橫梁產生彎曲變形，以消除溜板和滑枕鏜銑頭對橫梁直線度的撓度影響。橫梁導軌可加工成直線，保證鏜銑頭運動的直線度并使溜板與橫梁導軌面均勻接觸。比較一般橫梁反變形( 起拱曲線［6］) 加工或鑲裝導軌需調整精度，卸荷梁無論在加工性能還是使用性能上都更加優越。

超重型數控龍門移動鏜銑床橫梁的有限元分析與結構優化

本文利用 CAD/CAE /CAM 集成軟件 Siemens PLMSoftware NX7． 5 對上述確定的超重型數控龍門移動鏜銑床橫梁結構型式進行有限元仿d真，建立橫梁體三維模型，并結合實際工況建立有限元模型，約束條件為橫梁兩端固定，分析橫梁體受自重、溜板和鏜銑頭滑枕等重力作用下的變形情況，得到橫梁的應力、應變情況。為能得到超重型數控龍門移動鏜銑床橫梁部件靜變形，本文分別從橫梁的彎曲變形、鏜銑頭主軸箱的前傾等方面進行有限元分析，通過評估橫梁受力的分析結果，對初步確定設計的橫梁的結構形式進行優化，再在此基礎上改進橫梁體結構，使機床性能符合要求。

超重型數控龍門移動鏜銑床橫梁的有限元分析與結構優化

文獻［4］中數控機床尤其是銑床，橫梁是很關鍵的結構，其設計水平的好壞直接影響整個機床性能。對于橫梁的優化主要從兩方面考慮: ①在不增加質量的前提下，使橫梁上的大變形化，提高橫梁的靜剛度; ②優化中初階固有頻率不小于設定值，提高橫梁的動剛度。優化的具體實施步驟如下: 首先，通過形狀及拓撲優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，通過尺寸優化確定合理的外形尺寸和肋板厚度。CAE 軟件優化模塊可以定義多個設計變量和狀態變量，設計變量為自變量，狀態變量和目標函數都是設計變量的函數。如橫梁結構的長、寬、高尺寸以及筋板厚度等定義為設計變量，橫梁結構變形和應力隨設計變量的變化而變化，是設計變量的函數，可以定義為狀態變量，使結構重量化定義為目標函數。