设计与研究Design and Research
龙门加工中心溜板动静态特性分析及优化
陈艳张松陈舟张宝雷满佳（①山东大学高效洁净机械制造教育部重点实验室，山东济南250061；
②山东永华机械有限公司，山东充州272100）
摘要：借助于有限元分析软件ANSYSWorkbench，采用整体尺寸优化与局部形状优化相结合的方法，对
龙门加工中心溜板进行优化设计。首先，通过对关键尺寸进行灵敏度分析，找出符合性能指标的尺寸进行变尺寸优化：然后对优化结果再次进行静态特性分析，找出变形量最大的位置，进行溜板的局部形状优化。最终，实现溜板质量减少，动静态性能改善的目标。
关键调：龙门加工中心溜板；动静态特性；灵敏度；尺寸优化；形状优化
中文分类号：TG502.31
文献标识码：A
Dynamic/static characteristics analysis and optimization of slide of gantry machining center
CHEN Yan,ZHANG Song,CHEN Zhou,ZHANG Baolei,MAN Jia
(①Key Laboratory of High Efficiency and Clean Mechanical Manufacture, Ministry of Education, Shandong University, Jinan 250061, CHN;②Shandong Yonghua Machinery Co., Ld.,Yanzhou 272100,CHN)
Abstract : In order to reduce the weight of the slide and improve its performance, overall size optimization and local
shape optimization were performed by means of the finite element analysis software ANSYS Workbench, First, sensitivity analysis was implemented on the critical dimensions of the slide to select the dimensions that meet performance requirements, and size optimizotion was conducted on the selected dimensions. Secondly, static analysis was taken again to determine the location of the maximum total deformation, where the local shape optimization was performed to achieve the final objectives of improving the dynamiclstatic performance.
Keywords: slide of gantry machining center;dynamic/static characteristics;sensitivity analysis; size optimization;
shape optimization
溜板是龙门加工中心的基础部件，起到承载、定位和连接的作用。其结构特征和性能对机床整机的加工精度，稳定性和抗振性具有重要影响，是机床优化设计的基础和关键。溜板通过螺钉固定在横梁导轨的滑块上，且承受滑枕及其附属部件的重力以及切削力，因此它必须具有足够的刚度来保证其加工精度。在材料确定的条件下，就要求其具有足够的强度来保证其刚度，这也就增加了溜板的质量。为了减轻溜板的质量而又满足强度、刚度和稳定性等要求，必须对结构进行优化设计。
目前，国内对于机床机构一般采用经验设计，多数
还停留在静态设计阶段，有关机床设计参数对其低阶固有频率影响的动态特性灵敏度分析却考虑不多[2]。
*山东省自主创新专项资助(2013CXH40101)
64. 万方数据
对于机床结构的优化设计方法，主要采用尺寸优化与拓扑优化方法对结构进行轻量化设计与动静态特性的优化设计[3-4]。
本文建立了龙门加工中心溜板的有限元模型，以铣削加工时最大铣削力作为载荷边界条件，利用 ANSYSWorkbench对其进行动静态特性分析。根据分析结果，采用整体尺寸优化与局部形状优化相结合的方法对其进行优化设计，达到其动静态性能改善，质量减轻的效果。
溜板的有限元模型 1
龙门加工中心主要由床身、立柱、横梁、溜板、滑枕等部件组成，图1为龙门加工中心横梁、溜板、滑枕的
到发东与和点 2014年第8期