1 引 言
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,數(shù)控機(jī)床正朝著高速度、高精度、高綜合性能方向發(fā)展[1]。橫梁移動(dòng)式龍門加工中心跨距大,效率高,可進(jìn)行五面體加工,從而獲得較高的加工精度和表面質(zhì)量,適用于大型零部件的加工,廣泛的應(yīng)用于汽車制造、船舶機(jī)械、大型模具等行業(yè)中。隨著制造業(yè)的迅猛發(fā)展,對(duì)產(chǎn)品加工質(zhì)量及加工精度要求也在不斷提高,構(gòu)成了對(duì)機(jī)床性能更高的要求。橫梁原理,模仿睡蓮葉脈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了機(jī)床橫梁筋板結(jié)構(gòu),使橫梁靜動(dòng)態(tài)特性得到有效提高;文獻(xiàn)[6]對(duì)重型龍門鏜銑床橫梁受力情況進(jìn)行了分析并設(shè)計(jì)分析了三種外形尺寸的橫梁,通過(guò)對(duì)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(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了計(jì)算方法與依據(jù)。文獻(xiàn)[7]以橫梁底板厚度、橫梁壁厚、導(dǎo)軌寬度、筋板厚度為優(yōu)化設(shè)計(jì)變量,采用靈敏度分析方法找出影響橫梁性能的關(guān)鍵因素,最后對(duì)橫梁進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì),對(duì)比優(yōu)化前后橫梁各性能參數(shù),證明優(yōu)化設(shè)計(jì)后的橫梁具有良好的性能。
針對(duì)橫梁關(guān)鍵結(jié)構(gòu):筋板結(jié)構(gòu)和上導(dǎo)軌支撐筋板結(jié)構(gòu),結(jié)合企業(yè)橫梁移動(dòng)式龍門加工中心橫梁筋板結(jié)構(gòu),另外設(shè)計(jì)了7種橫梁筋板結(jié)構(gòu),運(yùn)用有限元軟件對(duì)8種橫梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜動(dòng)態(tài)特性有限元分析,篩選出相對(duì)優(yōu)秀的方案進(jìn)行二次優(yōu)化設(shè)計(jì),即對(duì)橫梁上導(dǎo)軌懸臂支撐筋板進(jìn)行了傾斜設(shè)計(jì),對(duì)比上導(dǎo)軌懸臂支撐結(jié)構(gòu)傾斜設(shè)計(jì)與非傾斜設(shè)計(jì)的橫梁靜動(dòng)態(tài)特性參數(shù),篩選出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案,為橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)與方法參考。
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結(jié) 論
(1)通過(guò)兩次優(yōu)化設(shè)計(jì),即設(shè)計(jì)并分析了8種筋板結(jié)構(gòu)橫梁的靜態(tài)特性,初步篩選出6種設(shè)計(jì)方案;對(duì)6種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行二次優(yōu)化設(shè)計(jì),將橫梁上導(dǎo)軌懸臂支撐筋板傾斜45°設(shè)計(jì)并進(jìn)行有限元分析。其中井型筋板結(jié)構(gòu)的橫梁為最優(yōu)方案,相比于原結(jié)構(gòu)方案,井型筋板結(jié)構(gòu)橫梁質(zhì)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(xiàng)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(shuō)明橫梁自重對(duì)橫梁彎曲變形影響較大,在優(yōu)化設(shè)計(jì)中應(yīng)該將橫梁質(zhì)量作為評(píng)價(jià)優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)劣的重要指標(biāo)。對(duì)橫梁筋板結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),其主要作用是減輕橫梁質(zhì)量且平均質(zhì)量減輕247.2kg;對(duì)上導(dǎo)軌懸臂支撐筋板傾斜設(shè)計(jì),其主要作用是降低橫梁彎曲變形且平均降幅達(dá)8.1%,結(jié)合兩種方法可以有效的提高橫梁性能。