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

2． 6 机床卸荷梁与卸荷轮装置［1］

卸荷梁与卸荷轮装置用于消除溜板和滑枕式镗铣头等重力对该机床横梁体位移可能较大的问题。卸荷梁的设计原理是通过预先计算重量，在横梁上设置一个带曲线的卸荷梁，卸荷梁为钢结构件制成，云南钻削动力头，由双支点将所受之力由丝杆传递于立柱上，避免了横梁产生弯曲变形，以消除溜板和滑枕镗铣头对横梁直线度的挠度影响。横梁导轨可加工成直线，保证镗铣头运动的直线度并使溜板与横梁导轨面均匀接触。比较一般横梁反变形( 起拱曲线［6］) 加工或镶装导轨需调整精度，卸荷梁无论在加工性能还是使用性能上都更加。

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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，钻削动力头价格，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，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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卸荷轮下端支撑在卸荷梁上，通过偏心轮与滑枕式镗铣头进给支架连接，该支架固定在溜板体上，钻削动力头供应商，偏心轮与支架中间设计有蝶形弹簧，用来调节卸荷轮的卸荷负载。在该机床 Y 轴运行时，卸荷轮在卸荷梁上滚动，卸荷梁顶面按反挠度曲线［1］加工，卸荷轮在卸荷梁上滚动时将溜板和滑枕式镗铣头的重量加载到卸荷梁上，这样对横梁体不产生影响，钻削动力头定做，减少了横梁的变形。横梁体的导轨加工成直线型，保证了镗铣头运行的直线度，从而简化了零件的加工，方便了横梁体的装配，更提高了机床整机的精度和稳定性。

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