龍門(mén)加工中心移動(dòng)橫梁靜動(dòng)態(tài)分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)
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(jī)器的機(jī)器，在航空航天、船舶機(jī)械，汽車(chē)等行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。作為加工中心的主要結(jié)構(gòu)部件，加工中心橫梁在加工中心的動(dòng)、靜態(tài)性能方面起到極為重要的作用111。對(duì)于移動(dòng)橫梁，因自身重力及外載荷作用引起的橫梁形變對(duì)加工中心加工性能有著重要的影響，因此減輕移動(dòng)橫梁的重量，提高橫梁剛性對(duì)橫梁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)意義重大。國(guó)內(nèi)外在加工中心關(guān)鍵零部件的研究上主要采用優(yōu)化筋板整體結(jié)構(gòu)，利用仿生學(xué)原理布置筋板結(jié)構(gòu)，優(yōu)化零部件外形尺寸等方法，從而達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。文獻(xiàn)[]]對(duì)筋肋分布形式進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，從而提高橫梁靜、動(dòng)態(tài)特性。文獻(xiàn)H采用仿真分析軟件，證明了橫梁中部導(dǎo)軌一滑塊結(jié)合部是橫梁最薄弱地方，同時(shí)分析了導(dǎo)軌接觸剛度和導(dǎo)軌接觸阻尼對(duì)系統(tǒng)固有頻率的影響情況；文獻(xiàn)H分析了橫梁四種筋板結(jié)構(gòu)，論證了 〇字型設(shè)計(jì)的最優(yōu)性及〇字高與寬的比值越接近1,橫梁性能越好，文獻(xiàn)&]采用了仿生學(xué)原理，對(duì)加工中心立柱進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高立柱性能。SUI⑴KTN SV等人對(duì)梁?jiǎn)卧M(jìn)行了能量流動(dòng)的分析與優(yōu)化H。然而上述方法考慮了如何合理選擇和布置筋板結(jié)構(gòu)及筋板的厚度，對(duì)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(duì)薄弱位置的結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施。本文中構(gòu)建了橫梁振動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)圖，并對(duì)最大變形量和_階固有頻率作了理論計(jì)算。以橫梁的質(zhì)量~總形變，固有頻率為優(yōu)化目標(biāo)，通過(guò)改進(jìn)橫梁上下導(dǎo)軌局部結(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)優(yōu)化后的橫梁受力導(dǎo)軌面的不同位置施加相同載荷，獲得橫梁受力導(dǎo)軌面變形曲線(xiàn)，證明了優(yōu)化設(shè)計(jì)后橫梁的可靠性。1移動(dòng)橫梁變形量及一階固有頻率理論計(jì)算橫梁在左右兩側(cè)受到滾珠絲杠螺母的支撐力，在橫梁上下導(dǎo)軌上承受滑板、主軸箱等零部件的重量(見(jiàn)圖1)。結(jié)合機(jī)械振動(dòng)學(xué)和材料力學(xué)將橫梁簡(jiǎn)化成如圖2所示的橫梁振動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)圖。海天精工 備注：為保證文章的完整度，本文核心內(nèi)容都PDF格式顯示，如未有顯示請(qǐng)刷新或轉(zhuǎn)換瀏覽器嘗試，手機(jī)瀏覽可能無(wú)法正常使用！3移動(dòng)橫梁優(yōu)化設(shè)計(jì)3_1橫梁優(yōu)化設(shè)計(jì)根據(jù)橫梁靜態(tài)分析結(jié)果，選擇橫梁上下導(dǎo)軌支撐筋板作為設(shè)計(jì)變量，以橫梁總形變最小及重量最小為目標(biāo)函數(shù)。在優(yōu)化設(shè)計(jì)分析過(guò)程中，保證優(yōu)化前與優(yōu)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(shí)，橫梁形變最大，為提高橫梁剛性，將橫梁上導(dǎo)軌部位的下支撐筋板設(shè)計(jì)成45。傾斜狀；將橫梁下導(dǎo)軌部位的上支撐筋板設(shè)計(jì)成45。傾斜狀。_由以上分析可知優(yōu)化后橫梁上導(dǎo)軌面在豎直方向上受力減少了 F/,彎矩減小了 FJ。因下導(dǎo)軌支撐筋板設(shè)計(jì)與上導(dǎo)軌類(lèi)似,這里不做具體介紹。3.2橫梁優(yōu)化結(jié)果分析對(duì)優(yōu)化后的橫梁模型進(jìn)行有限元分析，對(duì)比優(yōu)化前后滑板部件位于橫梁中間位置時(shí)的有限元分析主要性能參數(shù)，如表3所示，優(yōu)化后橫梁形變總位移減小了10.6%,質(zhì)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向形變降低幅度最大,降幅達(dá)13. 1 % ,說(shuō)明優(yōu)化后橫梁的整體剛度有所提高，輕量化效果明顯。 表3優(yōu)化前后主要參數(shù) 參數(shù) 優(yōu)化前 優(yōu)化后 變化量 總位移//Ltm 36.109 32.300 -10.6% 質(zhì)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(fā)現(xiàn),在振幅基本不變的情況下，優(yōu)化后橫梁的前6階固有頻率均有所提高，且均大于加工中心最大激振頻率（加工中心主軸轉(zhuǎn)速為〇-eOOOr/min,主軸對(duì)橫梁的激振頻率為0?100Hz)M，說(shuō)明橫梁的優(yōu)化設(shè)計(jì)是合理的。 表4各階振型參數(shù) 階數(shù) 優(yōu)化前 優(yōu)化后 固有頻率/Hz 最大振幅/mn i固有頻率/Hz 最大振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(duì)比優(yōu)化前后橫梁其他位置的變形情況，分別對(duì)優(yōu)化前后橫梁滑板部件位于橫梁不同位置時(shí)的靜態(tài)特性進(jìn)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(cè)1200mm處開(kāi)始取受力面中心，依次每間隔200mm進(jìn)行不同位置的靜態(tài)特性有限元分析，取至距橫梁左側(cè)4.8m處為止。分析出的橫梁總變形曲線(xiàn)圖如圖8所示，優(yōu)化前后橫梁最大形變位置均位于橫梁中間位置，并且向橫梁兩側(cè)隨著距離的增大形變逐漸減小,優(yōu)化后橫梁形變減小明顯。4結(jié)論(1) 對(duì)橫梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化并建立振動(dòng)力學(xué)模型^理論計(jì)算原橫梁的最大變形量和一階固有頻率，其結(jié)果與仿真結(jié)果相近。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)橫梁外形結(jié)構(gòu)，對(duì)比優(yōu)化前后橫梁靜、動(dòng)態(tài)特性，優(yōu)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(zhì)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(yōu)化設(shè)計(jì)方法的合理可性，為其它零部件優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了借鑒方法。(2) 文中僅對(duì)橫梁上下導(dǎo)軌處的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與改進(jìn)，從而達(dá)到提高橫梁剛性及輕量化效果。若對(duì)橫梁內(nèi)部筋板結(jié)構(gòu)(井字形,口字形,x形，等）進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析，以及針對(duì)橫梁變形問(wèn)題采取相應(yīng)的補(bǔ)償措施，將進(jìn)一步優(yōu)化橫梁結(jié)構(gòu)與性能,這將作為今后的研究方向。海天精工是一家集銷(xiāo)售、應(yīng)用及服務(wù)于一體的公司。產(chǎn)品包括：CNC加工中心、鉆攻中心、龍門(mén)加工中心、雕銑機(jī)、石墨機(jī)、五軸加工中心、立式加工中心、臥式加工中心等。我們機(jī)床的生產(chǎn)工廠(chǎng)設(shè)在廣東省寧波市，目前其生產(chǎn)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(wù)！聲明：本站文章均來(lái)自網(wǎng)絡(luò)，所有內(nèi)容不代表本站觀(guān)點(diǎn)，本站不承擔(dān)任何法律責(zé)任！