第3期 2017年3月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2017)03004504
D0I:10. 13462/j. cenki. mmtamt. 2017. 03. 012
基于响应面分析的双主轴龙门铣床
横梁截面优化设计* 杨建交1,2，赵慧，张俊，王奎章
No.3 Mar.2017
（1.武汉科技大学机械自动化学院，武汉430081;2.湖北文理学院机械与汽车工程学院，湖北襄
441053；3.湖北万盟数控机床集团有限公司，湖北襄阳441800）阳
摘要：针对传统方法设计的横梁需考虑安全系数致使截面尺寸较大的问题，提出了基于响应面分析
在优化的截面上选取了11个尺寸进行
方法对双主轴龙门铣床横案截面形状和尺寸进行优化设计。
正交实验设计，运用Workbench进行了有限元分析；通过Matlab进行灵敏度分析，确定了关键尺寸，建立基于响应面的分析的优化数学模型；最后通过Matlab的最优化功能确定了最优化的尺寸匹配值。结果表明：横梁的截面面积减少了18.81%，总质量减少了11%，第一阶频率增加了2.8%，为横梁截面结构尺寸的优化提供一种新思路。
关键词：有限元分析；截面优化；灵敏度分析；响应面分析
中图分类号：TH122;TG547
文献标识码：A
Optimization Design of Beam Cross Section of Double Spindle Gantry Milling Machine Based on Response Surface Analysis YANG Jian-jiao'2, ZHAO Hui' ,ZHANG Jun’, WANG Kui-zhang
( 1. College of Mechanical Automation, Wuhan University of Science and Technology , Wuhan 430081 , China; 2. School of Mechanical &Auto Engineering, Hubei University of Arts &Science, Xiangyang Hubei 441053, China)
Abstract : In order to solve the problem which crossbeam of gantry milling machine has excessive safety fac-tor, a method which based on response surface analysis was proposed to optimize shape and size of cross-beam. On beam cross section 11 dimensions are selected to design the Orthogonal Experiment and use the Workbench to finite element analysis; the sensitivity analysis is carried to determine the critical dimensions, a response surface model is established by Matlab; Finally, thought Matlab optimization function to deter-mine the optimal matching values. The results show the cross section area of the beam is reduced by 18. 81% , total mass is decreased by 11% , first order frequency is increased by 2. 8% and provide a new idea which optimize the cross section structure of beam.
Key words: finite element analysis; section optimization; sensitivity analysis; response surface analysis
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引言
为了满足航空发动机机匝加工需求，湖北方盟数控机床集团公司开发了大功率、双主轴龙门式铣削加工中心，提高了机匝的加工效率。由于原设计采用传统的方法，为了满足横梁的高刚度和铸造工艺要求，留有过大的安全系数，造成了横梁截面尺寸过大，因此必须对机床的结构进行优化设计。
龙门框架静动特性的优劣直接影响了机床的加工
精度，其刚度和强度的薄弱部位主要集中在横梁上。横梁内部纵横交错的筋板决定了横梁抗弯、抗扭和抗振的能力，改变筋板布局虽然能很好的改善动静特性1-],但也增加了重量和铸造难度。采用单目标或多目标优化设计[35]，能达到多个性能特性的最优，但横的外形尺寸并没有改变。自前对横架截面的优化主要是采用新的外形结构和导轨布置[67]，这对设计者的经验要求高且变化大，不易实现，
收稿日期：20160602；修回日期：20160705
*基金项目：潮北省襄阳市研究与开发计划项目（襄科计[2014]12号/201406）
作者简介：杨建交(1987—），男，潮北襄阳人，武汉科技大学预士研究生，研究方向为有限元分析与结构优化设计，（E-mail)1030462198@qq
om；通讯作者：张俊（1967一），男，河制南阳人，潮北文理学院教授，武没科技大学兼职预士导师，研究方向为数字化设计及仿真技术，
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