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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. 5 結果分析

通過超重型數控龍門移動鏜銑床橫梁有限元優化分析結果表 2，觀察其位移和應力結果是比較好的。其次在溜板與橫梁的接觸面、絲杠螺母安裝處和立柱與橫梁接觸的內側下方處有一定的應力集中，但是都比較小，可以考慮加強橫梁上端輔助導軌的強度來降低其大應力。

橫梁大位移發生在橫梁主導軌面外邊緣上與溜板等接觸的位置，優化后大位移值為 0． 192 mm。設計開發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。主導軌面橫梁向前傾覆比較小，但由于橫梁上面輔助導軌向前的彎曲會造成溜板等向前傾覆位移增加，所以在橫梁上增加了一條防傾鑲鋼導軌，同時加強橫梁上面輔助導軌的剛度，減少了滑枕式鏜銑頭的前傾位移。

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［7］基于有限元分析方法預估彈性橫梁靜態承載曲線，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，上下壁厚是橫梁結構靜變形量靈敏度大的尺寸，縱向筋板是橫梁結構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頻率為性能指標，結合靈敏度分析結果，采用變尺寸法對橫梁進行結構優化分析，提高了橫梁的靜動態特性，并降低了橫梁的重量。

文獻［9］中數控龍門機床 8 m 長的橫梁材料采用高強度低合金結構鋼 Q345B，采用焊接工藝加工。利用 ANSYS Workbench 對機床橫梁進行了靜動態有限元分析，在此基礎上進行了拓撲優化設計，并且制造出機床。

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。