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超重型数控龙门移动镗铣床横梁的有限元分析与结构优化

2. 5 结果分析

通过超重型数控龙门移动镗铣床横梁有限元优化分析结果表 2，观察其位移和应力结果是比较好的。其次在溜板与横梁的接触面、丝杠螺母安装处和立柱与横梁接触的内侧下方处有一定的应力集中，但是都比较小，可以考虑加强横梁上端辅助导轨的强度来降低其大应力。无论是什么设备，规范化的操作永远都是保养的基础，龙门镗铣头也是，在实际操作中，为了-操作人员的人身安全，在使用之前，应认真仔细检查龙门镗铣头各个部件的运行情况，并保持操作环境的整洁性，等确认安全之后方能进行操作。

横梁大位移发生在横梁-轨面外边缘上与溜板等接触的位置，优化后大位移值为 0． 192 mm。设计开发卸荷梁与卸荷轮装置来-d解决该机床-横梁受力后位移问题，卸荷梁与卸荷轮装置用于消除溜板和滑枕式镗铣头重力对横梁-移的影响。-轨面横梁向前倾覆比较小，但由于横梁上面辅助导轨向前的弯曲会造成溜板等向前倾覆位移增加，所以在横梁上增加了一条防倾镶钢导轨，同时加强横梁上面辅助导轨的刚度，减少了滑枕式镗铣头的前倾位移。镗铣头的主轴旋转部分包括电力、进给系统及控制系统，具有的钻削功能。

结合超重型数控龙门移动镗铣床中横梁与立柱、丝杠螺母副的实际装配情况，对相应接触面进行约束其对应的自由度，约束条件为横梁两端固定，动梁横梁体自由度约束见图 6 所示。横梁的边界条件和受力横梁的上下运动( z 向) 是通过丝杠驱动。通过压板，横梁紧贴在立柱的导轨面，静压导轨接触面处由静压油支撑，静压油支撑刚度大。因此，在横梁上下移动的情况下，其 x 向接触面和 z 向接触面完全固定，在有限元建模中，此处 x 方向和 z 方向施加单方向的约束。关于机器的日常养护：一，在镗铣头日常不使用的过程中，用户要保持整个机器的清洁。横梁 y 方向两端运动固定，因此，在有限元模型中约束也按照实际情况施加。

溜板与滑枕通过丝杠驱动系统可在横梁上左右移动( 见图 1) ，在单个导轨面上溜板与横梁有左右 2 个接触面，同立柱导轨一样，横梁静压导轨的各接触面也均为静压油支撑，通过压板等可-溜板紧贴横梁的导轨面。

文献［4］中数控机床尤其是铣床，横梁是很关键的结构，其设计水平的好坏直接影响整个机床性能。对于横梁的优化主要从两方面考虑: 在不增加的前提下，使横梁上的大变形化，提高横梁的静刚度; 优化中初阶固有频率不小于设定值，提高横梁的动刚度。优化的具体实施步骤如下: 首先，通过形状及拓扑优化确定横梁佳的截面轮廓和肋板布置方案，得到概念模型; 其次，通过尺寸优化确定合理的外形尺寸和肋板厚度。cae 软件优化模块可以定义多个设计变量和状态变量，设计变量为自变量，状态变量和目标函数都是设计变量的函数。立铣头结构-，像是它的主轴刚性强，传送功率大，可以适用于维修和加工生产等，它是一种机械方式的快装快换立铣头，可以进行平面，沟槽等等的加工。如横梁结构的长、宽、高尺寸以及筋板厚度等定义为设计变量，横梁结构变形和应力随设计变量的变化而变化，是设计变量的函数，可以定义为状态变量，使结构重量化定义为目标函数。