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加工中心作為制造機(jī)器的機(jī)器，在航空航天、船舶機(jī)械，汽車等行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。作為加工中心的主要結(jié)構(gòu)部件，加工中心橫梁在加工中心的動(dòng)、靜態(tài)性能方面起到重要的作用¹¹¹。對(duì)于移動(dòng)橫梁，因自身重力及外載荷作用引起的橫梁形變對(duì)加工中心加工性能有著重要的影響，因此減輕移動(dòng)橫梁的重量，提高橫梁剛性對(duì)橫梁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)意義重大。

國(guó)內(nèi)外在加工中心關(guān)鍵零部件的研究上主要采用優(yōu)化筋板整體結(jié)構(gòu)，利用仿生學(xué)原理布置筋板結(jié)構(gòu)，優(yōu)化零部件外形尺寸等方法，從而達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。文獻(xiàn)[]]對(duì)筋肋分布形式進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，從而提高橫梁靜、動(dòng)態(tài)特性。文獻(xiàn)H采用仿真分析軟件，證明了橫梁中部導(dǎo)軌一滑塊結(jié)合部是橫梁弱地方，同時(shí)分析了導(dǎo)軌接觸剛度和導(dǎo)軌接觸阻尼對(duì)系統(tǒng)固有頻率的影響情況；文獻(xiàn)H分析了橫梁四種筋板結(jié)構(gòu)，論證了 〇字型設(shè)計(jì)的性及〇字高與寬的比值越接近1,橫梁性能越好，文獻(xiàn)&]采用了仿生學(xué)原理，對(duì)加工中心立柱進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高立柱性能。SUI⑴KTN SV等人對(duì)梁?jiǎn)卧M(jìn)行了能量流動(dòng)的分析與優(yōu)化^H。

然而上述方法考慮了如何合理選擇和布置筋板結(jié)構(gòu)及筋板的厚度，對(duì)橫梁有限元仿真分析主要集中在橫梁弱的中間位置，忽視了其它位置橫梁的形變情況，也未直接提出針對(duì)薄弱位置的結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施。本文中構(gòu)建了橫梁振動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)圖，并對(duì)大變形量和_階固有頻率作了理論計(jì)算。以橫梁的質(zhì)量~總形變，固有頻率為優(yōu)化目標(biāo)，通過(guò)改進(jìn)橫梁上下導(dǎo)軌局部結(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)優(yōu)化后的橫梁受力導(dǎo)軌面的不同位置施加相同載荷，獲得橫梁受力導(dǎo)軌面變形曲線，證明了優(yōu)化設(shè)計(jì)后橫梁的可靠性。

1移動(dòng)橫梁變形量及一階固有頻率理論計(jì)算

橫梁在左右兩側(cè)受到滾珠絲杠螺母的支撐力，在橫梁上下導(dǎo)軌上承受滑板、主軸箱等零部件的重量(見(jiàn)圖1)。結(jié)合機(jī)械振動(dòng)學(xué)和材料力學(xué)將橫梁簡(jiǎn)化成如圖2所示的橫梁振動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)圖。