龙门加工中心移动横梁关键结构设计与优化

1 引 言

随着科学技术的不断发展，数控机床正朝着高速度、高精度、高综合性能方向发展[1]。横梁移动式龙门加工中心跨距大，效率高，可进行五面体加工，从而获得较高的加工精度和表面质量，适用于大型零部件的加工，广泛的应用于汽车制造、船舶机械、大型模具等行业中。随着制造业的迅猛发展，对产品加工质量及加工精度要求也在不断提高，构成了对机床性能更高的要求。横梁原理，模仿睡莲叶脉结构设计了机床横梁筋板结构，使横梁静动态特性得到有效提高；文献[6]对重型龙门镗铣床横梁受力情况进行了分析并设计分析了三种外形尺寸的横梁，通过对横梁自身刚度和横梁变形折算至刀尖位移的分析，为横梁结构的设计提供了计算方法与依据。文献[7]以横梁底板厚度、横梁壁厚、导轨宽度、筋板厚度为优化设计变量，采用灵敏度分析方法找出影响横梁性能的关键因素，最后对横梁进行多目标优化设计，对比优化前后横梁各性能参数，证明优化设计后的横梁具有良好的性能。

针对横梁关键结构：筋板结构和上导轨支撑筋板结构，结合企业横梁移动式龙门加工中心横梁筋板结构，另外设计了7种横梁筋板结构，运用有限元软件对8种横梁结构进行了静动态特性有限元分析，筛选出相对优秀的方案进行二次优化设计，即对横梁上导轨悬臂支撑筋板进行了倾斜设计，对比上导轨悬臂支撑结构倾斜设计与非倾斜设计的横梁静动态特性参数，筛选出设计方案，为横梁结构设计提供了理论依据与方法参考。