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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

本文利用 CAD/CAE /CAM 集成软件 Siemens PLMSoftware NX7． 5 对上述确定的超重型数控龙门移动镗铣床横梁结构型式进行有限元仿d真，建立横梁体三维模型，并结合实际工况建立有限元模型，约束条件为横梁两端固定，龙门镗铣头，分析横梁体受自重、溜板和镗铣头滑枕等重力作用下的变形情况，得到横梁的应力、应变情况。为能得到超重型数控龙门移动镗铣床横梁部件静变形，本文分别从横梁的弯曲变形、镗铣头主轴箱的前倾等方面进行有限元分析，通过评估横梁受力的分析结果，对初步确定设计的横梁的结构形式进行优化，再在此基础上改进横梁体结构，使机床性能符合要求。

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

文献［4］中数控机床尤其是铣床，横梁是很关键的结构，镗铣头价格，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: ①在不增加质量的前提下，使横梁上的大变形***化，提高横梁的静刚度; ②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。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，小型镗铣头，可以定义为状态变量，使结构重量***化定义为目标函数。

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2． 1 建立横梁体三维模型

分析中初步确定横梁体截面结构形式及尺寸［1］，如图 2 所示。按初步设计的横梁体结构尺寸，应用 Si-emens PLM Software NX7． 5 软件建立三维模型，具体横梁体截面形式和三维模型见图 3 所示。机床横梁抗弯和扭转惯性矩大的其刚度就高，采用封闭式截面可保证横梁的高刚性，镗铣头，所以横梁形状为矩形封闭长方体。合理选择横梁中肋板，其中横梁壁厚在 25 mm 左右、肋板厚度在 20 mm 左右，采用了横梁好的截面轮廓和肋板布置方案。

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