龍門加工中心移動橫梁靜動態分析及結構改進
海天精工 加工中心 鉆攻中心前言：引言加工中心作為制造機器的機器，在航空航天、船舶機械，汽車等行業中得到廣泛的應用。作為加工中心的主要結構部件，加工中心橫梁在加工中心的動、靜態性能方面起到極為重要的作用111。對于移動橫梁，因自身重力及外載荷作用引起的橫梁形變對加工中心加工性能有著重要的影響，因此減輕移動橫梁的重量，提高橫梁剛性對橫梁系統結構的優化設計意義重大。國內外在加工中心關鍵零部件的研究上主要采用優化筋板整體結構，利用仿生學原理布置筋板結構，優化零部件外形尺寸等方法，從而達到優化設計的目的。文獻[]]對筋肋分布形式進行拓撲優化設計，從而提高橫梁靜、動態特性。文獻H采用仿真分析軟件，證明了橫梁中部導軌一滑塊結合部是橫梁最薄弱地方，同時分析了導軌接觸剛度和導軌接觸阻尼對系統固有頻率的影響情況；文獻H分析了橫梁四種筋板結構，論證了 〇字型設計的最優性及〇字高與寬的比值越接近1,橫梁性能越好，文獻&]采用了仿生學原理，對加工中心立柱進行優化設計，提高立柱性能。SUI⑴KTN SV等人對梁單元進行了能量流動的分析與優化H。然而上述方法考慮了如何合理選擇和布置筋板結構及筋板的厚度，對橫梁有限元仿真分析主要集中在橫梁最薄弱的中間位置，忽視了其它位置橫梁的形變情況，也未直接提出針對薄弱位置的結構改進措施。本文中構建了橫梁振動力學簡圖，并對******變形量和_階固有頻率作了理論計算。以橫梁的質量~總形變，固有頻率為優化目標，通過改進橫梁上下導軌局部結構，同時對優化后的橫梁受力導軌面的不同位置施加相同載荷，獲得橫梁受力導軌面變形曲線，證明了優化設計后橫梁的可靠性。1移動橫梁變形量及一階固有頻率理論計算橫梁在左右兩側受到滾珠絲杠螺母的支撐力，在橫梁上下導軌上承受滑板、主軸箱等零部件的重量(見圖1)。結合機械振動學和材料力學將橫梁簡化成如圖2所示的橫梁振動力學簡圖。海天精工 備注：為保證文章的完整度，本文核心內容都PDF格式顯示，如未有顯示請刷新或轉換瀏覽器嘗試，手機瀏覽可能無法正常使用！3移動橫梁優化設計3_1橫梁優化設計根據橫梁靜態分析結果，選擇橫梁上下導軌支撐筋板作為設計變量，以橫梁總形變最小及重量最小為目標函數。在優化設計分析過程中，保證優化前與優化后的橫梁所施加的載荷與約束相同。如圖6所示，因滑板部件位于橫梁中間位置時，橫梁形變******，為提高橫梁剛性，將橫梁上導軌部位的下支撐筋板設計成45。傾斜狀；將橫梁下導軌部位的上支撐筋板設計成45。傾斜狀。_由以上分析可知優化后橫梁上導軌面在豎直方向上受力減少了 F/,彎矩減小了 FJ。因下導軌支撐筋板設計與上導軌類似,這里不做具體介紹。3.2橫梁優化結果分析對優化后的橫梁模型進行有限元分析，對比優化前后滑板部件位于橫梁中間位置時的有限元分析主要性能參數，如表3所示，優化后橫梁形變總位移減小了10.6%,質量減輕了 i36kg, _階固有頻率也有所增加,J、y、f軸向形變均有減少，且F向形變降低幅度******,降幅達13. 1 % ,說明優化后橫梁的整體剛度有所提高，輕量化效果明顯。 表3優化前后主要參數 參數 優化前 優化后 變化量 總位移//Ltm 36.109 32.300 -10.6% 質量/kg 13585 13449 -136 一階頻率/Hz 138.68 139.17 + 0.49 ■I向形變/ym 3.59 3.63 + 0.04 7向形變//ttm 26.81 23.30 -13.1% Z向形變/gm 24.37 23.09 —5.3% 注“+”表示增加 減少。 橫梁各階振型頻率與振幅如表4所示，可以發現,在振幅基本不變的情況下，優化后橫梁的前6階固有頻率均有所提高，且均大于加工中心******激振頻率（加工中心主軸轉速為〇-eOOOr/min,主軸對橫梁的激振頻率為0?100Hz)M，說明橫梁的優化設計是合理的。 表4各階振型參數 階數 優化前 優化后 固有頻率/Hz ******振幅/mn i固有頻率/Hz ******振te/mm 1階 138.68 18.13 139.17 18.24 2階 148.79 17.21 149.77 17.61 3階 188.87 23.60 190.09 23.56 4階 223.82 26.86 224.99 26.97 5階 265.98 36.39 267.29 36.39 6階 271.39 45.56 272.08 45.59 為對比優化前后橫梁其他位置的變形情況，分別對優化前后橫梁滑板部件位于橫梁不同位置時的靜態特性進行分析。因該橫梁滑板在橫梁上的行程為3700mm,因此從距橫梁左側1200mm處開始取受力面中心，依次每間隔200mm進行不同位置的靜態特性有限元分析，取至距橫梁左側4.8m處為止。分析出的橫梁總變形曲線圖如圖8所示，優化前后橫梁******形變位置均位于橫梁中間位置，并且向橫梁兩側隨著距離的增大形變逐漸減小,優化后橫梁形變減小明顯。4結論(1) 對橫梁進行結構簡化并建立振動力學模型^理論計算原橫梁的******變形量和一階固有頻率，其結果與仿真結果相近。通過優化設計橫梁外形結構，對比優化前后橫梁靜、動態特性，優化后的橫梁中間薄弱位置總變形減小了 10.6%,y向形變減少了 13. 1%,橫梁整體質量減輕了 136kg,—階固有頻率也有所增加，橫梁整體剛性得到了提高,取得了良好的輕量化效果。證明了該優化設計方法的合理可性，為其它零部件優化設計提供了借鑒方法。(2) 文中僅對橫梁上下導軌處的結構進行了設計與改進，從而達到提高橫梁剛性及輕量化效果。若對橫梁內部筋板結構(井字形,口字形,x形，等）進行設計與分析，以及針對橫梁變形問題采取相應的補償措施，將進一步優化橫梁結構與性能,這將作為今后的研究方向。海天精工是一家集銷售、應用及服務于一體的公司。產品包括：CNC加工中心、鉆攻中心、龍門加工中心、雕銑機、石墨機、五軸加工中心、立式加工中心、臥式加工中心等。我們機床的生產工廠設在廣東省寧波市，目前其生產的加工中心70%出口，其中出口到歐洲占到50%。我們盡心、盡力、盡意的服務！聲明：本站文章均來自網絡，所有內容不代表本站觀點，本站不承擔任何法律責任！