超重型數(shù)控龍門移動鏜銑床橫梁的有限元分析與結構優(yōu)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。設計開發(fā)卸荷梁與卸荷輪裝置來徹底d解決該機床超長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橫梁體位移的影響。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(chǎn)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(diào)整精度，卸荷梁無論在加工性能還是使用性能上都更加優(yōu)越。

文獻［5］考慮了大型龍門機床橫梁部件中各零件間結合面，對其靜剛度進行了有限元分析，理論分析結果有較好的實用價值。

文獻［6］針對數(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、滑枕作用力會向下彎曲，其中 Z 向?qū)к壝娴拇髶隙瓤蛇_到1 mm，嚴重影響加工精度的問題，采用對導軌面預起拱的方法來補償橫梁變形對加工精度的影響。檢查操作手柄、開關、旋鈕、夾具機構、液壓活塞的聯(lián)結是否處在正確位置，操作是否靈活，安全裝置是否齊全、可靠。對超跨距橫梁 Z 向?qū)к壝嫫鸸扒€進行了設計，并用優(yōu)化算法對其進行了優(yōu)化。首先用有限元方法仿d真計算了超跨距橫梁實際工作時的變形，并擬合了橫梁 Z 向?qū)к壸冃蔚淖冃吻€． 考慮了溜板左右 2 個接觸面對變形曲線的影響，采用優(yōu)化算法分多種情況設計和優(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優(yōu)于以往起拱曲線設計方法的效果。通過優(yōu)化設計，機床銑刀頭水平移動直線度誤差和角度偏差已經(jīng)遠低于國家標準規(guī)定的值。

文獻［4］中數(shù)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。如果齒輪油中含有鐵屑,則應該拆開減速機檢查齒輪磨損情況,并且清洗、更換齒輪油。對于橫梁的優(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定值，提高橫梁的動剛度。優(yōu)化的具體實施步驟如下: 首先，通過形狀及拓撲優(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設計變量和狀態(tài)變量，設計變量為自變量，狀態(tài)變量和目標函數(shù)都是設計變量的函數(shù)。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(shù)，可以定義為狀態(tài)變量，使結構重量化定義為目標函數(shù)。