龍門加工中心機橫梁模型結構優化設計
　　
　　1.橫梁模型結構優化

　　根據材料力學理論可知，純扭轉變形產生的剪應力是成對出現的，大剪應力出現在與主平面成45°和135°的平面上，因此結構設計時把筋板布置在與主平面成45°和135°的平面上，用來承受扭轉載荷的作用，可以提高結構的抗扭剛度。如圖10所示，作用在對角筋板上的橫向和縱向剪應力，分別在筋板方向和垂直筋板方向分解，垂直筋板方向的兩個力分量大小相等，方向相反，互相作用，限制筋板扭轉變形。而沿筋板方向力的分量如圖11所示，表現為沿筋板方向的拉壓。

　　由前面對原結構的模態分析結果可知，橫梁抗扭剛度的提高對機床整機性能的改善十分重要，根據上面提到的對角筋板抗扭理論，將橫梁內部的縱向筋板改為雙X型，為了充分發揮縱向筋板的抗扭性能，筋板布置角度應盡量與水平面成45°和135°方向。再考慮到橫梁的階振型為前后方向的彎曲，為加強該方向剛度的彎曲剛度，在橫梁中間位置布置一根水平筋板，修改后橫梁縱向筋板的形式如圖12所示。

　　再根據上面提出的筋板布置理論，在橫梁內部設計了一對斜支撐形式的筋板。后得到的橫梁筋板形式如圖13所示。橫梁外形尺寸與原結構相同，橫梁外壁板厚度保持25mm，筋板厚度由原來的20mm調整為15mm，橫向筋板布置保持原來形式。

　　2.性能對比分析

　　(1)原橫梁與修改后橫梁模態分析比較。

　　考慮到機床的實際工作頻帶，可以認為橫梁的前2階模態特性對整機結構的動態性能有著重要作用。表2為原橫梁結構與改進后的橫梁結構分析結果比較。改進后橫梁第1階和第2階固有頻率較原橫梁結構均有一定提高。根據(式中為第n階固有頻率，分別為對應的模態剛度和模態質量)可知，改進后的橫梁對應的模態抗扭剛度有了顯著提高，并且原橫梁結構中對整機動態性能有重要影響的第2階扭曲振型，在改進后的結構中變為第3階振型，該階振型的固有頻率值提高了13.9%，因此改進后的結構達到了提高橫梁動態性能的優化設計目標。

　　(2)原整機模型與新橫梁整機模型靜態分析比較。

　　把改進后的橫梁與其他原機床零部件進行重新裝配，得到新橫梁整機結構模型，對該模型進行靜力分析和動力分析。表3為原整機模型與新橫梁整機模型靜態分析比較。從分析結果可以看出橫梁在自重減輕了4.2%的情況下，通過內部筋板的合理布置，整機的靜態性能不僅沒有減弱，反而在3個方向均有一定的提高，特別是Z向靜剛度值提高了7.4%左右。

　　(3)原整機模型和新橫梁整機諧響應分析比較。

　　進行諧響應分析，把分析結果和原整機模型的諧響應分析結果進行比較，得到圖14。可以看出橫梁經過優化后得到的新橫梁整機結構在40～140Hz的諧振力作用下，振幅比原整機模型有所下降。但是在共振點振幅下降不明顯，這是因為結構在共振點處的振幅主要是由結構的阻尼決定，而不是由動剛度決定。諧響應分析也可以看出新結構比原整機模型的各個共振點頻率均有所提高，這也證明了模態分析結果的正確性。從上面動、靜力學分析結果可以看出，橫梁新結構使整機動態性能有一定的提高。并且這里提出的斜支撐筋板結構已經在其他機床的橫梁中得到應用，使用后效果明顯。更多關于龍門加工中心的資訊請見：http://www.yxskkj.com.cn