MM52160龙门导轨磨床立柱的拓扑优化

微型移动龙门式铣床结构优化设计卜雪梅（齐齐哈尔二机床（集团）有限责任公司，黑龙江 齐齐哈尔 161000）摘 要：在进行微型移动龙门式铣床结构优化设计过程中，通过利用有限元和正交实验等多种形式的结果分析，表明机床在进行结构优化调整之后，会全面提高机床本身所具有的静态性能，从而验证了结构优化的有效性。

本文主要将微型移动龙门式铣床为主要的研究对象，对其本体的主要结构进行了有限元仿真模型的建立，以此来分析其动态特性，结合这些结果内容来仔细的辨识机床所具有的薄弱环节，明确立柱对工作台所造成的性能影响，将立柱的优化和工作台优化作为主要的优化目标。

关键词：微型；移动龙门式铣床；结构优化；设计分析中图分类号：TG547 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2019）04-0219-2收稿日期：2019-04作者简介：卜雪梅，黑龙江佳木斯人，男，生于1984年，满族，硕士研究生，研究方向：机床设计，机床开发。

微型移动龙门式数控铣床的主要结构存在不足之处，为了解决这一问题需要将拓扑优化、正交实验设计方法等作为设计调整的主要依据，首先需要建立本体的有限元模型，再结合当前的加工情况进行静力学分析，从而得出位移和应力云图的主要内容和基本结论。

通过模态化分析，来了解前十阶模态所具有的频率和主振类型，通过对有限元结果的分析，运用拓扑优化原理，将其所具有的最小应变能力作为主要的目标函数，并且设计好立柱的整体质量来作为主要约束条件，对当前所采用的微型铣床立柱进行优化设计。

同时还可以采用正交实验的方式，来保证工作台的自重下最大位移程度，控制好T 形槽的大小，以及槽与槽之间的间距，安排好工作台建设的厚度，将工作台支承面积作为主要的设计变量，从而提高工作台的工作能力，保证优化后机体的正常运行，通过有限元仿真实验，来提高优化后整机的静态性能。

1 本体有限元模型的建立在进行有限元模型创建的过程中，需要充分的考量有限元网格的计算准确率和精度，因此需要对铣床的几何模型进行适当的优化，减少给电机和传动系统对机床运行所产生的影响，要将主轴电机作为钢体，摘除螺纹孔，控制好部分加工角的一些细小问题，保证各部件之间的有机结合。

五轴龙门加工中心轨道改进摘要：五轴龙门设备的加工精度是设备的核心技术难点和价值体现。

保证精度的准确性、一致性和重复性的重要机械部件就是轨道传动系统。

轨道的精度决定着设备的性能表现，所以实际应用中设备出现老旧导致的精度问题，轨道是改造修整的首当对象。

本文针对老旧的滚珠轴承导轨的翻新提出了新的想法和实践指导，适用于加工类企业对于设备精度恢复和改造。

关键词：改造、数控设备、导轨、滑块轴承、加工精度机床是生产企业的非常重要的一个设备，它能对生产付诸很大的帮助，同时它自身在生产的损耗又高，在寿命上，是很受到重视的问题。

一些不能运用的设备、生产线是个包袱，也是一批很大的存量财物，修好了便是财富。

只需找出首要的技能难点，处置卡脖子的要害技能疑问，就可以最小的出资盘活最大的存量财物，争取到最大的经济效益和社会效益。

本文是针对已经服务十年且精度表现超差的数控龙门设备，改造对象是原设备设计的型号和性能比较落后的滚珠滑块轴承及直线导轨。

设备当前的问题现象是：设备加工精度不准确零件质量超差，最大0.8mm；设备零点不稳定，回零不稳定，造成龙门扭曲报警；设备轨道部分表面破损，从而在和滚珠轴承相对运动时造成进一步的伤害。

经多次设备直线度测量和运动时负载的监控检查发现，其原因是由于轨道长时间工作，产生了部分位置的形变，滚珠滑块轴承在轨道运行时，由于滚珠点式受力的原因，对形变处产生了极大的压力，导致导轨损坏。

想要维修并改进这个问题，我们需要针对运动部件即导轨和滚珠滑块轴承的形式进行改进。

滚珠直线导轨主要由导轨本体、滑块、滚珠、挡圈、端盖等组成。

当滑块和滑体彼此相对移动，滚动体滚滑体之间的连续圆弧槽和滑体，并通过端盖内的滚道，从工作负荷区域非工作负荷区域，然后回滚到工作负荷区域,连续循环，从而将幻灯片之间的运动身体，滑体的滚动滚动体。

为防止灰尘和污物进入导轨的滚道，滑块的两端和下部均设有塑料密封垫，滑块上有润滑油杯。

最近在滑块两端新增了带自动润滑的滚动导轨，不再使用带润滑的装置。

基于结构拓扑优化的龙门加工中心滑枕优化设计陈敏;毛璐瑶;施维;莫爵贤;林建新;吴智恒【摘要】对龙门加工中心滑枕的结构进行有限元分析,采用结构拓扑优化设计方法对龙门加工中心的滑枕进行优化设计,获得优化的滑枕结构.并对优化后的滑枕进行验证分析,结果表明该设计方法有效提高滑枕结构刚度,减小滑枕结构变形量,保证加工中心的工作稳定性和加工精度.【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2018(047)009【总页数】3页(P73-74,217)【关键词】龙门加工中心;滑枕;优化设计【作者】陈敏;毛璐瑶;施维;莫爵贤;林建新;吴智恒【作者单位】广东省智能制造研究所,广东广州 510070;广东省智能制造研究所,广东广州 510070;广东省智能制造研究所,广东广州 510070;广东省智能制造研究所,广东广州 510070;广州鑫南数控科技有限公司,广东广州 510000;广东省智能制造研究所,广东广州 510070【正文语种】中文【中图分类】TG6590 引言加工中心作为重要的数控机床产品，是我国汽车、航空航天、精密模具等行业领域急需的关键设备。

但目前国内开发的龙门加工中心产品与国外同类产品比较，在设计技术和产品性能方面都存在较大的差距，在基础理论和关键技术的深入系统研究方面更显缺乏。

为得到加工中心的良好的性能，需要对其进行优化设计。

目前国内对加工中心的设计主要是以经验设计为主，这使得加工中心的性能并没有得到更大发挥，也使得我国的加工中心水平始终无法赶超发达国家的水平。

结构拓扑优化能在给定的外载荷和边界条件下，通过改变结构拓扑使结构在满足约束的前提下性能达到最优，在优化中能产生新的构型。

在产品概念设计阶段，充分利用拓扑优化技术对产品进行优化设计，结合已有的设计经验，可设计出满足要求的零件。

本文作者利用结构拓扑优化技术对某龙门加工中心的滑枕进行优化设计，并对优化后的结构进行验证分析，获得受力和刚度更加合理的滑枕结构。

大型龙门铣床横梁与立柱导轨副接触精度的修复摘要：本文阐述了大型龙门铣床横梁与立柱导轨副接触精度修复方案，对方案进行了比较论证以及实施。

东方汽轮机有限公司重型分厂所使用的一台大型数控龙门铣床，该机床加工范围大（最大加工尺寸：17 000mm×5 000mm×5 000mm），承担着汽轮机重要零件的加工，为公司生产任务的完成起着重大作用。

该机床2009年投入使用以来，一直存在着一些问题，如：横梁升降运行不平稳，夹紧时变化大，影响加工精度；主轴在一定的转速范围内振动大；X2轴蜗杆箱静压蜗杆轴窜动等。

经过常规的停机检修后无法彻底排除故障，特别是针对横梁夹紧时变化大问题，进行过压板、斜铁间隙、传动系统和夹紧液压系统检查调整，效果不理想，怀疑立柱和横梁导轨精度有问题，为彻底处理故障，公司于2013年进行了一次大修处理。

本文着重阐述横梁与立柱导轨副接触精度修复解决方案。

1.修前横梁与立柱导轨精度检查（1）采用水平仪检查立柱导轨在垂直面内的直线度，拉钢丝法检查立柱导轨在水平面内的直线度，并用千分尺校准立柱导轨的平行度，均在工艺要求范围内。

（2）横梁导轨的各项精度检查结果有两项指标超差。

横梁后导轨面与前导轨面的平行度误差0.12～0.20mm/全长1 300mm；横梁右端后导轨面与立柱低面导轨处有0.14mm间隙（经测量横梁右端后导轨面的高低面差值为119.8mm，而与之配合的右立柱高低导轨面差值为119.94mm，则在立柱底面两者接触导轨处有0.14mm的间隙，见图1）。

图1 修前横梁与立柱导轨精度检查2.解决方案根据上述检查情况，横梁与立柱导轨接触精度非常差，导轨接触处有0.14mm的间隙，是造成横梁夹紧时变化大的主要原因，针对该问题的处理拟定了三个解决方案，从实施效果、技术难度和成本方面进行论证，选用最佳的方案。

（1）方案一。

将两立柱放倒，调整好水平与跨距固定后，将横梁吊放于立柱上，横梁后导轨面与立柱导轨面贴合，采用吊车及滑轮架拖动横梁，刮研横梁后导轨至要求。

77第2期周宇翀等：一种基于深度学习的多基线InSAR高程反演方法A multi-baseline InSAR elevation reconstruction method based ondeep learningZHOU Yuchong1,XIE Xianming*2（1.School of Automation,Guangxi University of Science and Technology,Liuzhou545616,China;2.School of Electronic Engineering,Guangxi University of Science and Technology,Liuzhou545006,China）Abstract:A multi-baseline interferometric synthetic aperture radar（InSAR）elevation reconstruction method based on deep learning and cluster analysis is proposed.This method uses deep learning neural network to classify the intercept information of the interferogram as the basis for judging the category attributes of the pixels,and accurately obtains the clustering center of the pixels,and then cluster analysis technique is used to obtain the elevation information of the observed scenes.The main steps are as follows:firstly,the intercept information of interferograms is obtained,and then the deep learning neural network is used to classify the intercept information of the interferograms.Secondly,the intercepts of the pixels classified into the same category predicted by the network are averaged as the clustering center of this category,which effectively avoids the misclassification caused by the traditional technique due to poor noise robustness.Finally,the cluster analysis technique is used to obtain the elevation information of the observed scenes.The simulation and measured experiment results show that the root-mean-square error of the proposed method is smaller and the reconstruction accuracy is higher than that of the traditional CA algorithm under different SNR.Keywords:multi-baseline InSAR;deep learning;cluster analysis（责任编辑：黎娅）第35卷第2期2024年6月广西科技大学学报JOURNAL OF GUANGXI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Vol.35No.2 Jun.2024基于Kriging模型的主轴箱多目标尺寸优化潘英广1，唐清春*1，袁秀坤2，张晨阳1，魏巍1，王太子1（1.广西科技大学机械与汽车工程学院，广西柳州545616；2.四川工程职业技术学院交通工程系，四川德阳618000）摘要：以自研五轴工具磨床为研究对象，利用Inventor建立其三维模型，导入ANSYS Workbench建立其整机有限元模型，通过对整机的模态分析与谐响应分析确定主轴箱为影响整机动态特性的关键部件。

基于6Sigma和目标驱动技术的龙门导轨磨床立柱多目标优化李想;张疆平;关英俊【摘要】针对龙门导轨磨床立柱的结构特点，构建了龙门导轨磨床立柱的有限元模型，并利用基于6Sigma原则和目标驱动技术的有限元优化分析方法对立柱进行多目标尺寸优化设计。

首先利用基于6Sigma原则的分析方法对立柱模型进行参数灵敏度分析，获得对立柱性能影响较大的参数，将参数作为优化设计的变量；然后利用基于目标驱动技术的多目标优化方法对立柱进行以质量、最大变形量，一阶固有频率为目标函数的多目标优化，在保证立柱最大等效应力不大于初值的前提下，最大变形量减小45.1%，质量减小3.79%，龙门导轨磨床立柱一阶固有频率提高14.6%。

结果表明，该方法具有较强的工程实用性。

%Inallusion to structural characteristics of Gantry rail grinder column, afinite element model of Gantry rail grinder column was built firstly, and then a method which combined 6sigma and goal driven was put forward to optimize Gantry rail grinder column .Parameter sensitivity analysis was carried out based on 6 sigma ,and variables which affected the target variable greatly were chosen to be as the design variables.Total mass,deformation and natural frequency of Gantry rail grinder column were established as objective functions and then mulit-objective optimization was carried out , optimization results can be chosen by the priority set before. Compared to the single objective optimization, better solutions for practical engineering problems can be obtained by mulit-objective optimization based on 6 sigma and goal driven.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】3页(P15-16,17)【关键词】多目标优化;目标驱动优化技术;6sigma;立柱【作者】李想;张疆平;关英俊【作者单位】长春工业大学机电工程学院，长春 130022;长春工业大学机电工程学院，长春 130022;长春工业大学机电工程学院，长春 130022【正文语种】中文【中图分类】TH2370 引言立柱作为龙门导轨磨床的重要部件之一，在龙门加工中心主要起着承载龙门横梁部件质量的作用,它的动静态特性与磨床的整体性能有着密切关系［1］。

卧式加工中心移动立柱的轻量化设计和拓扑优化分析李永强【摘要】利用结构拓扑优化技术,实现了对卧式加工中心立柱的轻量化结构分析与设计.基于拓扑分析结论,按照结构优化设计的方法,提出了"去除立柱后方上部部分材料"和"立柱两侧适量减材"的两种轻量化设计方案.通过对以上两种方案各自模态数据的对比,得出立柱拓扑优化方案与原方案的对比结论,实现了利用结构拓扑优化的研究方法对机床典型支承件的结构轻量化设计及结构性能验证.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2018(031)003【总页数】4页(P46-49)【关键词】移动立柱;拓扑优化;轻量化设计【作者】李永强【作者单位】兰州理工大学技术工程学院,甘肃兰州 730050【正文语种】中文【中图分类】TH9720 引言卧式加工中心具备在复杂零部件进行一次装夹后可完成几乎全部加工工序的功能，可以大幅度提高零件的生产效率和加工精度[1]。

作为一类重要的数控机床，其结构及工作性能不同于一般机床，在其设计要求和过程中都有一定特殊性[2]。

立柱是卧式加工中心的关键基础支承件，其结构尺寸及重量较大，而且承载着主轴系统，其本身的结构性能直接影响到整机的工作性能[3-4]。

对机床整机和立柱等支承件的结构设计和分析的核心的目的是通过动力学分析获得其静、动态特性参数，进而对其进行以轻量化为核心的结构优化，以提高其结构性能和质量[5]。

拓扑优化技术是目前应用较为广泛的结构优化技术之一，从目前的研究情况来看，利用该技术进行机械结构的性能分析和轻量化设计较为有效，但是拓扑优化技术不适应如立柱等结构过于复杂的机械形体，需在分析立柱基本结构的前提下对其进行相关等效处理，在利用拓扑优化技术在立柱轻量化设计和结构性能分析及验证方面做了相关的研究和对比，对比分析的结果表明对立柱等复杂零件的结构进行合理等效处理后，通过拓扑优化技术的应用在保持其既定结构性能的基础上实现了轻量化设计及验证。

主轴外圆超光滑研磨工艺*李　彬1， 宋晓宇1， 吴媛媛2， 张晓朋1， 任东旭1， 赵则祥1（1. 中原工学院 机电学院, 郑州 450007）（2. 郑州经贸学院 智慧制造学院, 郑州 450099）摘要　为改善精密磨削后主轴外圆柱面的表面粗糙度和圆度，提出新型立式精密研磨方法并研制立式研磨装置。

文章选取立式研磨方式下气缸压力、油石粒度、主轴转速3个关键工艺参数对轴类零件加工精度的影响进行分析。

基于 L 9( 34) 正交试验设计，采用S /N 响应法和 ANOVA 方差法对试验数据进行分析，得到优化的工艺参数组合，并用其对5根尺寸为ϕ50 mm × 160 mm 的40Cr 材质主轴外圆柱面进行研磨。

结果表明：使用立式研磨法对工件外圆柱面加工3 h 后，工件的平均材料去除率为7 μm/h ，平均圆度误差由4.12 μm 降为1.47 μm ，表面粗糙度由326 nm 降为41 nm 。

关键词　主轴零件；立式研磨；外圆研磨；表面粗糙度中图分类号　TG58; TH161+.1　文献标志码　A 文章编号　1006-852X(2023)04-0447-08DOI 码　10.13394/ki.jgszz.2022.0224收稿日期　2022-12-19　修回日期　2023-02-05精密主轴制造技术是装备制造业中的关键技术，一直以来被世界各国作为研究及应用的热点[1]。

主轴零件的加工精度提升对提高超精密气体静压轴系回转精度及推动机床行业发展具有重要意义。

精密主轴零件的表面粗糙度和圆度是影响主轴轴系回转精度和性能的重要参数[2-4]。

因此，主轴零件在精密磨削后，需要进一步改善其圆度和表面粗糙度参数，以满足精密机床和超精密气体静压轴系的精度要求[5]。

针对主轴零件在精密磨削后的圆度修正和表面粗糙度改善问题，SUN 等[6]采用砂带研磨方法，根据圆度测量结果进行修形，改善了主轴精磨后的圆度值；LAYAK 等[7]提出了采用弧面油石作为研磨工具，并通过油石往复振动来实现主轴外圆柱面的精密研磨；雷阳等[8]研究了基于金刚石固结磨具的圆柱滚子研磨方法，且实现了圆柱滚子的批量高精度平面研磨。

94 军民两用技术与产品 2018·3（下）在对龙门数控机床进行传统的以经验设计和类比设计的方式来探讨对其精度要求的优化方面已经不能满足现有的情况，我们通常所知晓的拓扑结构也仅仅是在原有的结构基础上，并没有考虑原有结构是否存在一定的缺陷，以及思考针对其进行的改进措施，所以本文会在文中对此进行具体分析讨论。

1 在拓扑优化基础上的龙门数控机床工作台筋板设计过程基本概述对龙门数控机床工作台所做的改良设计主要是以减轻机床整体重量为目标的，在经过详细的拓扑优化分析过后从整体来安排各部分并且进行合理配置，并且通过Pro/E 三维建模软件来对工作台筋板进行实体模型的设计，从不同的筋板类型上来分析更为合适工作台的筋板结构和工况载荷，通过分析来找出关键的步骤进行相应的改进，再利用ANSYS/Workbench 有限元分析软件来对龙门数控机床的工作台的静态特性和动态特性来分别进行讨论研究，从而达到降低生产龙门数控机床的成本以及减轻机床整体重量的目的[1]。

2 龙门数控机床与工作台筋板2.1 龙门数控机床作为一种同时要求效率和精度的在机械生产中经常要用到的加工设备，龙门数控机床其基本部件在静刚度和抗振性方面的表现是需要做特别要求的，也就是需要具备优良的静动态特性。

而针对龙门数控机床的工作台方面，工作台是龙门数控机床整体构造中的重要以及关键部位，其运动特性直接影响机床的工作性能，但是在平常的操作中我们发现工作台的结构尺寸以及筋板配置并不能满足工作台的刚度要求，因此在其运作时很容易造成因为过大的振动而引起的变形，对产品的加工精度上有强烈的影响，所以针对此项要点对筋板进行设计上的改进，以此来提升工作台的效率和机床的运动特性[2]。

2.2 工作台筋板首先我们应该来思考一个问题，就是如何采用较少的结构材料来制作筋板的同时又能兼得刚度较高的优点。

现在先了解一下工作台的基本结构，内部筋板的结构是直接决定工作台的整体运作的运动特性的，但是位于侧壁的用于润滑管路安装工作的凹槽和数控机床的数控线路的分布情况是预先就已经设定好的，为了尽量不破坏原有的结构而造成其他问题，研究人员决定只对工作台内部筋板的结构和底面来进行改良。