基于有限元分析的现场铣床横梁结构优化

     3横梁结构改进和分析
    
     3．1横梁结构的改进
    
     从以上分析可知，横梁的刚度不足是影响变形的主要原因。在横梁改进设计中，考虑到机床的工作环境等方面因素，改进时对横梁基本结构不作大的变动，为提高横梁抗扭刚度采用了对角筋板抗扭理论，将横梁内部的筋板改为x型；为了充分发挥纵向筋板的抗扭性能，筋板布置角度应尽量与水平面成45。和135。的方向，改进的方案如下：
    
     (1)将筋板数量由原3块变为5块，厚度由10mm增加到15mm；
     (2)在横梁内部加一条纵向的水平筋板s．厚度为15mm；
     (3)将梯形角d由16。增大为20。；
     (4)横梁内部新增X型筋板，厚度为15mm，宽为30mm。改进后的结构见图8。
    
     3．2有限元分析
    
     将改进后的横梁模型导入有限元分析软件中，经过分析计算后得出横梁的变形(见图9)以及横梁的振型结果，横梁在加工过程中的最大变形量为0．056mm，改进后横梁最大变形量比改进前明显降低。
    

     3．3计算结果与实验验证
    
     为验证上述改进的合理性，对铣床进行了模态实验。用一刚度小的索悬挂激振器，分别在主轴端部的三个方向上对机床进行正弦扫频激励，在铣床上布置了14个测点，通过安装在主轴端前端、横梁上部和滑板上的8个加速度传感器拾取系统的振动信号，对其进行模态分析。
    
     从表2中可以看出，本文的计算结果与试验测试结果比较吻合，横梁动态性能有了明显提高。其中，一阶频率偏差相对较大，这是因为机床主轴箱与滑板的接触刚度在计算时没有考虑，导致一阶模态结果偏小。
    

     4结束语
    
     通过有限元法对原横梁及改进后的动态分析和对比，探讨横梁内部筋板的布局对其动态性能的影响，并以横粱振动模态相对位移量的大小为设计的参考依据，提出了对横梁的改进建议，并通过实验验证，横梁结构的优化设计是可行的，对减小其变形量、提高加工精度起到良好的作用。