伯特利数控 加工中心  钻攻中心  

 前言：

 龙门加工中心是现代工业发展中的加工设备， 滑鞍是龙门加工中心的重要部件之一， 滑鞍与横梁导轨上的滑块通过螺钉固定在一起， 主要受力为滑枕及其附属部件的重力以及切削力， 滑鞍的主要作用为承载 定位和连接 滑鞍的静动态特性对龙门加工中心的加工精度和工件的加工质量都有很大影响， 因此滑鞍的优化是机床优化设计的基础和关键 结构优化设计主要有尺寸优化 形状优化及拓扑优化 目前阶段国内对于机床结构一般还是采用经验设计， 对滑鞍进行优化设计的很少 滑鞍结构主要有两种形式即导轨平行布置形式和导轨垂直布置形式 本文在相同筋板结构及相同截面的情况之下， 对这两种导轨布置形式的滑鞍进行静力学分析对比， 然后用拓扑优化和尺寸优化相结合的方法对其进行优化设计， 以期达到改善其动静态性能且减轻质量的效果

1 滑鞍的有限元模型与受力分析

龙门加工中心主要由横梁 立柱 滑鞍 滑枕 工作台以及床身等部件组成， 如图 1 所示 组装时横梁放在立柱上， 滑鞍与横梁导轨上的导轨滑块通过螺钉固定在一起， 滑枕及其附属部件安装在滑鞍上， 滑鞍通过安装在横梁上的滚珠丝杠的转动带着滑枕及其附属部件在 y 方向的运动， 滑鞍主要受力为滑枕及其附属部件的重力以及通过滑枕及其他附属部件间接作用的切削力

使用三维软件 Pro /E 进行实体建模， 并对滑鞍模型进行简化处理， 忽略螺纹孔 圆角 倒角等特征 然后将模型导入有限元软件 ANSYSWorkbench 中进行分析， 选择滑鞍材料为 HT250， 其弹性模量 E = 1． 38 ×1011Pa， 泊松比为0． 156， 密度 = 7 280 kg /m3

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结束语：

( 1) 通过两种滑鞍静力学分析可知导轨垂直布置形式在滑枕只有部分镶嵌在滑鞍中时有着更好的静态性能 通过模态分析可知滑鞍的动态特性良好， 可以避免共振

( 2) 使用拓扑优化分析能较精确地找出滑鞍的材料分布和结构形式 然后根据拓扑优化结果同时结合工艺及其生产的具体要求进行设计， 可以获得设计结果

( 3) 尺寸优化首先选择合适的尺寸参数， 然后通过灵敏度分析找出各设计变量对滑鞍重量和变形量的影响程度， 以影响的 3 个尺寸参数作为设计变量， 综合考虑横梁的重量和变形量， 利用响应面法构造回归方程， 然后用 matlab 优化工具箱对滑鞍进行多目标优化求解， 得到的尺寸参数 通过拓扑优化和尺寸优化滑鞍质量减轻了 227． 8 kg， 相比原结构质量减轻15． 32%， 变形量减少了0． 241 6 m，相比原结构变形量减少 9． 94%， 同时一阶固有频率略有提高 说明本文提出的滑鞍优化设计方法是合理可行的， 同时也可以应用到机床其他零部件及整机的优化分析中

伯特利数控是一家集销售、应用及服务于一体的公司。产品包括：CNC加工中心、钻攻中心、龙门加工中心、雕铣机、石墨机、五轴加工中心、立式加工中心、卧式加工中心等。我们机床的生产工厂设在广东省东莞市，目前其生产的加工中心70%出口，其中出口到欧洲占到50%。我们尽心、尽力、尽意的服务！

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