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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

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: 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，数控侧铣头供应商，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。

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2. 3 有限元分析

观察横梁有限元分析的节点位移和变形，滑枕式镗铣头等移到横梁中部时横梁的受力和变形都是大。如图 8 所示，这时横梁受力发生弯曲变形，并向前倾覆，大位移为 0． 258 mm。观察这时横梁 Z 轴方向上的节点位移和变形，如图 9 所示，横梁受力发生弯曲变形，Z 轴方向上大位移为 0． 250 mm，这个位移值偏大，要减少。

同时观察这时横梁受力的应力分布，如图 10 所示，横梁因受力变形，应力主要集中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，大应力约为 42 MPa，小于 HT200 材料的许用应力即表 1 中该材料的屈服强度 135 MPa。

镗铣头的分类和作用:

　　1，一个铣头，数控侧铣头，镗铣头的特点——如质量轻（通常5-15kg，市场甚至3公斤超轻），精度高，扭矩小，可食的自动换刀。铣头定位块，输出通常是套筒或bt30锥柄，有时也有特殊的可以输出到猫或汉语水平考试的处理，还有一些特殊的直接连接线或面铣刀。

　　2，重型铣头，镗铣头的特点——如重量（通常是50公斤或以上），精密，扭矩大等，一般只用于龙门工具机。铣头连接板固定和锁定，可以支持任何类型的输出处理。

　　3，中型铣头，镗铣头的特点——如介质质量（通常15-20kg），精度高，数控侧铣头批发厂家，扭矩中学。铣头也有优势轻，重的比例，数控侧铣头厂家，精度高，加工范围广光，所以市场近年来极大的尊重。