超重型數(shù)控龍門移動鏜銑床橫梁的有限元分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

通過 Siemens PLM Software NX7． 5 軟件三維有限元仿d真優(yōu)化分析，得到滿足相關(guān)要求的超重型數(shù)控龍門移動鏜銑床橫梁體的結(jié)構(gòu)形式與尺寸; 在此基礎(chǔ)上橫梁采用卸荷梁和卸荷輪等結(jié)構(gòu)優(yōu)化來消除溜板和滑枕式鏜銑頭的重力對橫梁變形的影響。通過壓板，橫梁緊貼在立柱的導(dǎo)軌面，靜壓導(dǎo)軌接觸面處由靜壓油支撐，靜壓油支撐剛度大。由文獻［1］可知成功設(shè)計制造了超重型數(shù)控龍門鏜銑床，滿足用戶的加工要求。

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(shù)控龍門移動鏜銑床橫梁結(jié)構(gòu)型式進行有限元仿d真，建立橫梁體三維模型，并結(jié)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(yīng)力、應(yīng)變情況。在檢查時，可以先檢查銑削動力頭減速機的潤滑情況，再檢查部件的磨損情況，zui后再考慮部件的破損情況。為能得到超重型數(shù)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(jié)果，對初步確定設(shè)計的橫梁的結(jié)構(gòu)形式進行優(yōu)化，再在此基礎(chǔ)上改進橫梁體結(jié)構(gòu)，使機床性能符合要求。

文獻［7］基于有限元分析方法預(yù)估彈性橫梁靜態(tài)承載曲線，進而得到橫梁起拱曲線，并通過實驗對起拱曲線進行驗證。

文獻［8］通過對龍門加工中心橫梁關(guān)鍵尺寸的靈敏度分析，找出了對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，結(jié)合靈敏度分析結(jié)果，采用變尺寸法對橫梁進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析，提高了橫梁的靜動態(tài)特性，并降低了橫梁的重量。比較一般橫梁反變形(起拱曲線［6］)加工或鑲裝導(dǎo)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［9］中數(shù)控龍門機床 8 m 長的橫梁材料采用高強度低合金結(jié)構(gòu)鋼 Q345B，采用焊接工藝加工。利用 ANSYS Workbench 對機床橫梁進行了靜動態(tài)有限元分析，在此基礎(chǔ)上進行了拓撲優(yōu)化設(shè)計，并且制造出機床。