[發明專利]一種數控銑床橫梁的優化設計方法及優化設計的橫梁

在審

• 申請號: 201711205123.9
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN108090252A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 蔡伯陽;劉曉穎
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭

本發明公開了一種數控銑床橫梁的優化設計方法及優化設計的橫梁，方法包括：建立優化前橫梁模型；對優化前模型進行靜力分析，獲得三個方向的靜剛度；對優化前模型進行網格劃分，選取若干實體單元進行有限元分析，通過若干節點來定義實體單元；在模型上加均布載荷，在橫梁底面兩端基礎面上以及螺栓孔采取全約束，將彎矩等效為兩組均布載荷、并施加在左右兩組受力塊的前部，分析獲得總應力云圖；對模型進行優化設計；保持橫梁原有的邊界條件、載荷值和加載方式不變，對橫梁進行靜態分析；將橫梁靜力分析實驗結果與有限元計算值進行比較，驗證模型的可行性。本發明在保證橫梁原有的強度、剛度及穩定性的前提下，降低其自身重量，提高其加工精度。

技術領域

本發明涉及數控銑床橫梁優化設計技術領域，具體涉及一種數控銑床橫梁的優化設計方法及優化設計的橫梁。

背景技術

隨著科學技術的不斷發展以及工藝水平的提高,人們對數控機床的加工性能的要求不斷提高,橫梁是動梁式高速數控銑床的重要組成部分，整體內部結構比較復雜，且連接滑座、滑鞍等關鍵部件，是機床的重要承載部件，數控銑床橫梁結構尺寸以及質量過大直接影響加工物件的端面平面度，機床的切削效率以及機床的結構可靠性，從而影響機床的使用壽命。然而傳統的設計方法需進行大量的簡化，導致其無法真實的反映橫梁結構力學特性。因此，為了提高高速銑床的加工精度以及使用壽命，我們需打破原有的設計思路，用更加精細，準確的設計方法對橫梁進行結構優化設計。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術之不足，提供一種更加精細、準確的數控銑床橫梁的優化設計方法及優化設計的橫梁。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種數控銑床橫梁的優化設計方法，包括：

步驟S10，建立優化前橫梁模型；

步驟S20，對優化前模型進行靜力分析，獲得X、Y及Z方向的靜剛度；

步驟S30，對優化前模型進行網格劃分，選取若干個實體單元進行有限元分析，通過若干個節點來定義實體單元，每個節點有3個自由度；

步驟S40，在模型上加均布載荷，在橫梁底面兩端基礎面上以及螺栓孔采取全約束，將彎矩等效為兩組均布載荷、并施加在左右兩組受力塊的前部，進行分析，獲得總應力云圖；

步驟S50，依據步驟S40的分析，對模型進行優化設計；

步驟S60，保持橫梁原有的邊界條件、載荷值和加載方式不變，對橫梁進行靜態分析；

步驟S70，將橫梁靜力分析實驗結果與有限元計算值進行比較，驗證模型的可行性。

進一步的，步驟S10中，在ANSYS中使用命令流方法進行橫梁的三維實體建模。

進一步的，所述實體單元體通過20個節點來定義。

進一步的，步驟S50中，所述對模型進行優化設計的步驟包括：

步驟S51，減小橫梁結構背面的壁厚；

步驟S52，減小橫梁結構的拱形支撐板的壁厚；

步驟S53，將橫梁結構的肋板選擇按照梯度減小進行優化。

進一步的，所述肋板的厚度按每次遞減2mm的梯度減小進行優化，其厚度由18mm減小到10mm。

進一步的，依據步驟S70的比較結果，修改設計變量，生成新的優化模型，再次進行優化設計。