如何优化的龙门加工中心横梁轻量化设计

加工中心 钻攻中心

前言：

机床轻量化技术是指在确保机床刚度和加工精度的前提下， 减轻机床重量， 降低机床使用时能量的消耗 横梁作为定梁动柱龙门式机床的主要移动部件， 更是机床轻量化设计的重点 国内外横梁的轻量化研究主要集中在两个方面［1］: 一是通过改变结构材料降低自重， 如以焊接结构代替铸造结构 采用铝合金 新型复合材料等代替钢和铸铁; 二是改变结构形式， 寻求的截面形状 筋板布置 减重孔形状 近年来兴起的结构优化设计是根据算法合理分配优化对象( 比如尺寸等设计参数 形状 材料) 以保证横梁整体的刚度 模态等特性， 从而让横梁结构设计摆脱了对经验的盲目依赖［2-3］ 拓扑优化是结构优化的一种， 通过将单元离散， 并赋予伪密度值，在设计空间内， 寻求材料分布， 实现结构减重动静态性能提高的目标［4-6］

本文拟从结构上对横梁进行轻量化研究， 并基于拓扑优化模型， 调整横梁筋板布置， 完成刚度的设计， 同时需要降低横梁自重 通过对机床横梁结构进行拓扑优化设计， 提出一种降低自重 提高综合性能的设计方法， 对于推进结构优化在工程实际中的应用具有重要研究意义

1 加工中心整体布局及焊接横梁初始模型设计

1． 1 加工中心整体布局

大型铝材构件高速高效加工中心主要应用于轨道交通 船舶 航空航天用大型铝材构件加工领域， 该加工中心采用床身 工作台固定， 横梁 滑座滑枕移动的定梁动柱龙门式结构， 主要结构包括横梁 滑箱 滑柱 床身 工作台及两种刀库， 总体布局如图 1 所示