[发明专利]一种数控铣床横梁的优化设计方法及优化设计的横梁

说明书

本发明公开了一种数控铣床横梁的优化设计方法及优化设计的横梁，方法包括：建立优化前横梁模型；对优化前模型进行静力分析，获得三个方向的静刚度；对优化前模型进行网格划分，选取若干实体单元进行有限元分析，通过若干节点来定义实体单元；在模型上加均布载荷，在横梁底面两端基础面上以及螺栓孔采取全约束，将弯矩等效为两组均布载荷、并施加在左右两组受力块的前部，分析获得总应力云图；对模型进行优化设计；保持横梁原有的边界条件、载荷值和加载方式不变，对横梁进行静态分析；将横梁静力分析实验结果与有限元计算值进行比较，验证模型的可行性。本发明在保证横梁原有的强度、刚度及稳定性的前提下，降低其自身重量，提高其加工精度。

技术领域

本发明涉及数控铣床横梁优化设计技术领域，具体涉及一种数控铣床横梁的优化设计方法及优化设计的横梁。

背景技术

随着科学技术的不断发展以及工艺水平的提高,人们对数控机床的加工性能的要求不断提高,横梁是动梁式高速数控铣床的重要组成部分，整体内部结构比较复杂，且连接滑座、滑鞍等关键部件，是机床的重要承载部件，数控铣床横梁结构尺寸以及质量过大直接影响加工物件的端面平面度，机床的切削效率以及机床的结构可靠性，从而影响机床的使用寿命。然而传统的设计方法需进行大量的简化，导致其无法真实的反映横梁结构力学特性。因此，为了提高高速铣床的加工精度以及使用寿命，我们需打破原有的设计思路，用更加精细，准确的设计方法对横梁进行结构优化设计。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种更加精细、准确的数控铣床横梁的优化设计方法及优化设计的横梁。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种数控铣床横梁的优化设计方法，包括：

步骤S10，建立优化前横梁模型；

步骤S20，对优化前模型进行静力分析，获得X、Y及Z方向的静刚度；

步骤S30，对优化前模型进行网格划分，选取若干个实体单元进行有限元分析，通过若干个节点来定义实体单元，每个节点有3个自由度；

步骤S40，在模型上加均布载荷，在横梁底面两端基础面上以及螺栓孔采取全约束，将弯矩等效为两组均布载荷、并施加在左右两组受力块的前部，进行分析，获得总应力云图；

步骤S50，依据步骤S40的分析，对模型进行优化设计；

步骤S60，保持横梁原有的边界条件、载荷值和加载方式不变，对横梁进行静态分析；

步骤S70，将横梁静力分析实验结果与有限元计算值进行比较，验证模型的可行性。

进一步的，步骤S10中，在ANSYS中使用命令流方法进行横梁的三维实体建模。

进一步的，所述实体单元体通过20个节点来定义。

进一步的，步骤S50中，所述对模型进行优化设计的步骤包括：

步骤S51，减小横梁结构背面的壁厚；

步骤S52，减小横梁结构的拱形支撑板的壁厚；

步骤S53，将横梁结构的肋板选择按照梯度减小进行优化。

进一步的，所述肋板的厚度按每次递减2mm的梯度减小进行优化，其厚度由18mm减小到10mm。

进一步的，依据步骤S70的比较结果，修改设计变量，生成新的优化模型，再次进行优化设计。