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鏜銑頭-龍門鏜銑頭-振飛機(jī)械制造(多圖)

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

2． 4 橫梁有限元優(yōu)化

對超重型數(shù)控龍門移動鏜銑床橫梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。應(yīng)用 Siemens PLM Software NX7． 5 軟件進(jìn)行橫梁有限元優(yōu)化設(shè)計［10 － 11］，對原橫梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行減輕重量，從而達(dá)到橫梁結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計的目標(biāo)。創(chuàng)建求解方案，選擇 NX NASTＲAN 有限元優(yōu)化模塊進(jìn)行橫梁優(yōu)化設(shè)計。減小橫梁壁厚和加強(qiáng)肋厚度，從而減少了橫梁質(zhì)量，具體在橫梁質(zhì)量減少 2． 5% 的情況下對機(jī)床橫梁靜特性進(jìn)行了有限元優(yōu)化設(shè)計。表 2 為優(yōu)化前后橫梁靜特性對比，可見在橫梁質(zhì)量減少了 2． 5% 的情況下，優(yōu)化設(shè)計后橫梁的大位移從 0． 25 mm 減小到0． 192 mm，即橫梁的大位移減少了 23． 2% ; 也就是說在橫梁載荷不變的情況下橫梁的靜剛度提高了23． 2% ，有明顯效果。

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

文獻(xiàn)［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(jìn)而得到橫梁起拱曲線，并通過實(shí)驗對起拱曲線進(jìn)行驗證。

文獻(xiàn)［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(biāo)，結(jié)合靈敏度分析結(jié)果，采用變尺寸法對橫梁進(jìn)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。

文獻(xiàn)［9］中數(shù)控龍門機(jī)床 8 m 長的橫梁材料采用高強(qiáng)度低合金結(jié)構(gòu)鋼 Q345B，采用焊接工藝加工。利用 ANSYS Workbench 對機(jī)床橫梁進(jìn)行了靜動態(tài)有限元分析，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計，并且制造出機(jī)床。

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

橫梁導(dǎo)軌由兩條主( 正) 導(dǎo)軌，一條側(cè)導(dǎo)軌及若干輔助導(dǎo)軌組成。根據(jù)超重型數(shù)控龍門移動鏜銑床的技術(shù)規(guī)格及參數(shù)要求，移動龍門兩立柱之間的跨距要求為 10 m，動梁龍門 Y 軸行程為 12 m。因此，設(shè)計動梁橫梁體總長度為 14 m。如此長的橫梁體結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)橫梁結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)不能滿足其性能規(guī)格要求。高剛性是超重型數(shù)控龍門移動鏜銑床橫梁體設(shè)計過程中的關(guān)鍵之一，特別是動梁龍門上的橫梁體，還要相對工件在立柱導(dǎo)軌上移動，對其性能要求就更高。一般橫梁的變形會隨溜板和滑枕在橫梁上不同位置而發(fā)生改變。