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

2． 6 機(jī)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(jī)床橫梁體位移可能較大的問題。設(shè)計(jì)開發(fā)卸荷梁與卸荷輪裝置來徹底d解決該機(jī)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(shè)計(jì)原理是通過預(yù)先計(jì)算重量，在橫梁上設(shè)置一個(gè)帶曲線的卸荷梁，卸荷梁為鋼結(jié)構(gòu)件制成，由雙支點(diǎn)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(dǎo)軌可加工成直線，保證鏜銑頭運(yùn)動(dòng)的直線度并使溜板與橫梁導(dǎo)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(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(xiàn)［5］考慮了大型龍門機(jī)床橫梁部件中各零件間結(jié)合面，對其靜剛度進(jìn)行了有限元分析，理論分析結(jié)果有較好的實(shí)用價(jià)值。

文獻(xiàn)［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(huì)向下彎曲，其中 Z 向?qū)к壝娴拇髶隙瓤蛇_(dá)到1 mm，嚴(yán)重影響加工精度的問題，采用對導(dǎo)軌面預(yù)起拱的方法來補(bǔ)償橫梁變形對加工精度的影響。檢查操作手柄、開關(guān)、旋鈕、夾具機(jī)構(gòu)、液壓活塞的聯(lián)結(jié)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(jìn)行了設(shè)計(jì)，并用優(yōu)化算法對其進(jìn)行了優(yōu)化。首先用有限元方法仿d真計(jì)算了超跨距橫梁實(shí)際工作時(shí)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(gè)接觸面對變形曲線的影響，采用優(yōu)化算法分多種情況設(shè)計(jì)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(yuǎn)優(yōu)于以往起拱曲線設(shè)計(jì)方法的效果。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，機(jī)床銑刀頭水平移動(dòng)直線度誤差和角度偏差已經(jīng)遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的值。

文獻(xiàn)［4］中數(shù)控機(jī)床尤其是銑床，橫梁是很關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)水平的好壞直接影響整個(gè)機(jī)床性能。如果齒輪油中含有鐵屑,則應(yīng)該拆開減速機(jī)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(shè)定值，提高橫梁的動(dòng)剛度。優(yōu)化的具體實(shí)施步驟如下: 首先，通過形狀及拓?fù)鋬?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(gè)設(shè)計(jì)變量和狀態(tài)變量，設(shè)計(jì)變量為自變量，狀態(tài)變量和目標(biāo)函數(shù)都是設(shè)計(jì)變量的函數(shù)。如橫梁結(jié)構(gòu)的長、寬、高尺寸以及筋板厚度等定義為設(shè)計(jì)變量，橫梁結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力隨設(shè)計(jì)變量的變化而變化，是設(shè)計(jì)變量的函數(shù)，可以定義為狀態(tài)變量，使結(jié)構(gòu)重量化定義為目標(biāo)函數(shù)。