3移動(dòng)橫梁優(yōu)化設(shè)計(jì)3_1橫梁優(yōu)化設(shè)計(jì)
根據(jù)橫梁靜態(tài)分析結(jié)果，選擇橫梁上下導(dǎo)軌支撐筋板作為設(shè)計(jì)變量，以橫梁總形變最小及重量最小為目標(biāo)函數(shù)。在優(yōu)化設(shè)計(jì)分析過(guò)程中，保證優(yōu)化前與優(yōu)化后的橫梁所施加的載荷與約束相同。
如圖6所示，因滑板部件位于橫梁中間位置時(shí)，橫梁形變最大，為提高橫梁剛性，將橫梁上導(dǎo)軌部位的下支撐筋板設(shè)計(jì)成45。傾斜狀；將橫梁下導(dǎo)軌部位的上支撐筋板設(shè)計(jì)成45。傾斜狀。
_由以上分析可知優(yōu)化后橫梁上導(dǎo)軌面在豎直方向上受力減少了 F/,彎矩減小了 FJ。因下導(dǎo)軌支撐筋板設(shè)計(jì)與上導(dǎo)軌類似,這里不做具體介紹。
3.2橫梁優(yōu)化結(jié)果分析
對(duì)優(yōu)化后的橫梁模型進(jìn)行有限元分析，對(duì)比優(yōu)化前后滑板部件位于橫梁中間位置時(shí)的有限元分析主要性能參數(shù)，如表3所示，優(yōu)化后橫梁形變總位移減小了10.6%,質(zhì)量減輕了 i36kg, _階固有頻率也有所增加,J、y、f軸向形變均有減少，且F向形變降低幅度最大,降幅達(dá)13. 1 % ,說(shuō)明優(yōu)化后橫梁的整體剛度有所提高，輕量化效果明顯。
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表3優(yōu)化前后主要參數(shù)
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參數(shù)
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優(yōu)化前
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優(yōu)化后
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變化量
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總位移//Ltm
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36.109
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32.300
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-10.6%
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質(zhì)量/kg
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13585
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13449
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-136
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一階頻率/Hz
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138.68
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139.17
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+ 0.49
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■I向形變/ym
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3.59
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3.63
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+ 0.04
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7向形變//ttm
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26.81
|
23.30
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-13.1%
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Z向形變/gm
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24.37
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23.09
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—5.3%
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注“+”表示增加
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減少。
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橫梁各階振型頻率與振幅如表4所示，可以發(fā)現(xiàn),在振幅基本不變的情況下，優(yōu)化后橫梁的前6階固有頻率均有所提高，且均大于加工中心最大激振頻率（加工中心主軸轉(zhuǎn)速為〇 -eOOOr/min,主軸對(duì)橫梁的激振頻率為0?100Hz)M，說(shuō)明橫梁的優(yōu)化設(shè)計(jì)是合理的。
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表4各階振型參數(shù)
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階數(shù)
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優(yōu)化前
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優(yōu)化后
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固有頻率/Hz
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最大振幅/mn
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i固有頻率/Hz
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最大振te/mm
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1階
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138.68
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18.13
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139.17
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18.24
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2階
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148.79
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17.21
|
149.77
|
17.61
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3階
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188.87
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23.60
|
190.09
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23.56
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4階
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223.82
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26.86
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224.99
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26.97
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5階
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265.98
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36.39
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267.29
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36.39
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6階
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271.39
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45.56
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272.08
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45.59
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為對(duì)比優(yōu)化前后橫梁其他位置的變形情況，分別對(duì)優(yōu)化前后橫梁滑板部件位于橫梁不同位置時(shí)的靜態(tài)特性進(jìn)行分析。因該橫梁滑板在橫梁上的行程為3700mm,因此從距橫梁左側(cè)1200mm處開始取受力面中心，依次每間隔200mm進(jìn)行不同位置的靜態(tài)特性有限元分析，取至距橫梁左側(cè)4.8m處為止。分析出的橫梁總變形曲線圖如圖8所示，優(yōu)化前后橫梁最大形變位置均位于橫梁中間位置，并且向橫梁兩側(cè)隨著距離的增大形變逐漸減小,優(yōu)化后橫梁形變減小明顯。
4結(jié)論
(1) 對(duì)橫梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化并建立振動(dòng)力學(xué)模型^理論計(jì)算原橫梁的最大變形量和一階固有頻率，其結(jié)果與仿真結(jié)果相近。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)橫梁外形結(jié)構(gòu)，對(duì)比優(yōu)化前后橫梁靜、動(dòng)態(tài)特性，優(yōu)化后的橫梁中間薄弱位置總變形減小了 10.6%,y向形變減少了 13. 1%,橫梁整體質(zhì)量減輕了 136kg,—階固有頻率也有所增加，橫梁整體剛性得到了提高,取得了良好的輕量化效果。證明了該優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的合理可性，為其它零部件優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了借鑒方法。
(2) 文中僅對(duì)橫梁上下導(dǎo)軌處的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與改進(jìn)，從而達(dá)到提高橫梁剛性及輕量化效果。若對(duì)橫梁內(nèi)部筋板結(jié)構(gòu)(井字形,口字形,x形，等）進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析，以及針對(duì)橫梁變形問(wèn)題采取相應(yīng)的補(bǔ)償措施，將進(jìn)一步優(yōu)化橫梁結(jié)構(gòu)與性能,這將作為今后的研究方向。
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