龍門銑床橫梁方案設(shè)計(jì)及其多目標(biāo)決策方法

卜雪君

（齊齊哈爾二機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

在進(jìn)行龍門銑床橫梁設(shè)計(jì)的過程中，需要利用有限的軟件來對(duì)重型龍門銑床的橫梁部分進(jìn)行建模和分析，同時(shí)結(jié)合最終的結(jié)果來對(duì)衡量的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面優(yōu)化，多目標(biāo)決策方法的應(yīng)用，能夠?qū)⒍鄠€(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)優(yōu)化成一到兩個(gè)設(shè)計(jì)問題，制定出最為簡(jiǎn)單的解決方法。同時(shí)還包括分層序列法的應(yīng)用，將所制定的設(shè)計(jì)目標(biāo)按照重要性確立實(shí)施順序，保證在完成現(xiàn)有的目標(biāo)后，能夠一次對(duì)下一個(gè)目標(biāo)進(jìn)行解答，同時(shí)還需要直接求出一種設(shè)計(jì)方法，然后結(jié)合制定好的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，來得出滿意的設(shè)計(jì)方案，對(duì)于每一個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)都要制定一個(gè)期望值。

1 重型龍門移動(dòng)銑床組織結(jié)構(gòu)

重型數(shù)控龍門移動(dòng)銑床的主機(jī)結(jié)構(gòu)一般都包括機(jī)身、床上滑枕、主要工作立柱和基礎(chǔ)工作臺(tái)等部分，同時(shí)需要明確重型龍門移動(dòng)銑床是集銑、鉆、車削等眾多功能為一體的機(jī)械設(shè)備形式，龍門銑床工作臺(tái)需要進(jìn)行固定，龍門框架則處于移動(dòng)式狀態(tài)，總體的分布格局是龍門框架在滑座上進(jìn)行移動(dòng)，保證雙向交流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，同時(shí)需要在龍門框架的主橫梁上配置出具有大功率、多功能性的滑枕式鏜銑頭。

其中通過在機(jī)床上設(shè)置靜壓導(dǎo)軌，主要采用的是滾和滑復(fù)合式導(dǎo)軌，保證各軸之間處于全封閉控制狀態(tài)，通過進(jìn)給軸的應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)任意三軸之間的聯(lián)動(dòng)，多目標(biāo)決策的方式在這一過程中的應(yīng)用，需要改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，在理論上和應(yīng)用上得到全面的發(fā)展，堅(jiān)持方法和理論相結(jié)合的基本理念來實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)化的產(chǎn)業(yè)優(yōu)化，主觀設(shè)定設(shè)置方法。

在進(jìn)行數(shù)控龍門銑床的橫梁設(shè)計(jì)開展過程中，需要明確橫梁是關(guān)鍵性的部件，直接決定了機(jī)床的整體性能，因此需要對(duì)其行情廟的主要形狀以及導(dǎo)軌的形式進(jìn)行嚴(yán)格的分析，了解內(nèi)部板筋的基本構(gòu)造，明確機(jī)床自身所具有的受力狀態(tài)，確定結(jié)構(gòu)的整體剛性，保證結(jié)果運(yùn)行結(jié)果的穩(wěn)定性，提高銑床的抗震性。多目標(biāo)決策方案的制定是為了保證，設(shè)計(jì)流程符合橫梁的荷載變化規(guī)律以及變形特點(diǎn)，對(duì)橫梁的主要受力進(jìn)行嚴(yán)格的分析，保證橫梁的自重符合橫梁導(dǎo)軌充電標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)橫梁的整個(gè)滑座、主軸、電機(jī)、外圍鈑金的重量進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)量分析，從而確定橫梁的整個(gè)平行力。

一般情況下，三重力共同作用在橫梁上之后會(huì)讓和橫梁導(dǎo)致變形和彎曲，不利于主軸的定位精度，從而嚴(yán)重影響到機(jī)床的加工情況，因此在進(jìn)行橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，需要運(yùn)用多目標(biāo)決策方式來進(jìn)行合理的優(yōu)化，通過線性規(guī)劃問題舉題，二維線性規(guī)劃的幾何圖解，線性規(guī)劃的標(biāo)準(zhǔn)形式，單純形法求解，人工變量與兩階段法等多種方式來進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)分析，通過對(duì)設(shè)計(jì)流程的詳細(xì)分析全面提高橫梁的剛度，選擇出有力的截面形狀，合理的設(shè)置擱板和加強(qiáng)筋。

2 橫梁截面和導(dǎo)軌設(shè)計(jì)

當(dāng)機(jī)床的支承件在承受壓力后發(fā)生彎曲后需要扭轉(zhuǎn)荷載，變形和與截面的面積大小產(chǎn)生直接的關(guān)聯(lián)，并且會(huì)受到橫截面形狀的影響，因此需要了解截面的慣性矩、方形截面的抗彎剛度將會(huì)大于圓形戒面，但是抗扭曲剛度則是圓形大于方形，這一結(jié)論可以通過多目標(biāo)設(shè)計(jì)方法來得出。通過凸集、凸函數(shù)的計(jì)算來得到無約束問題的最優(yōu)解，有等式約束問題的最優(yōu)解，有不等式約束問題的最優(yōu)解，無約束問題的近似解法。運(yùn)用梯度法、牛頓法得出有約束問題的近似解法，罰函數(shù)法(外點(diǎn)法)，障礙函數(shù)法(內(nèi)點(diǎn)法)，結(jié)合所作出的應(yīng)結(jié)論來得到支撐架所能承受的彎矩大于扭距。

因此，在進(jìn)行截面形狀的選擇過程中，要以方形和矩形為最佳選擇方案，同時(shí)要結(jié)合矩形截面的綜合剛性，來對(duì)橫梁的受力進(jìn)行詳細(xì)分析，最后得出結(jié)論，龍門銑床的橫梁變形計(jì)有彎矩型就有扭轉(zhuǎn)型，橫截面的設(shè)計(jì)要以方形為主，一般情況下，機(jī)床都是采用直線導(dǎo)軌來保證上導(dǎo)軌的面積處于水平狀態(tài)，下導(dǎo)軌面皆處于垂直狀態(tài)，這一結(jié)構(gòu)雖然具有一定的加工難度，但是能夠讓兩條道軌分別承擔(dān)主軸和滑輪系統(tǒng)的荷載力，很好地改善導(dǎo)軌的承力結(jié)構(gòu)，提高導(dǎo)軌的受力結(jié)構(gòu)，保證導(dǎo)軌的綜合剛度。

3 橫梁板筋設(shè)計(jì)

龍門銑床的橫梁內(nèi)部板筋主要是根據(jù)荷載的主要特點(diǎn)來進(jìn)行合理配置的，通過設(shè)置隔板和加強(qiáng)筋的形式，來全面提高橫梁的整體布局，提高橫梁的綜合剛度，在設(shè)計(jì)過程中，可以采用橫豎板筋交叉的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式，來全面提高結(jié)構(gòu)的綜合性抗力，符合刀具切削力的使用特性，并且操作工藝校為簡(jiǎn)便。在進(jìn)行橫梁距離設(shè)計(jì)的過程中，為了減小橫梁所受到的彎曲變形壓力，加大橫截面的主要高度，可以在中間增加一條水平方向或者豎直方向的隔板，來保證橫梁兩側(cè)的外墻能夠一起承受下墜所產(chǎn)生的重力，減少橫梁彎曲變形問題的發(fā)生，加大橫梁的整體性寬度，在適當(dāng)?shù)奈恢迷黾咏畎鍋淼挚古まD(zhuǎn)力。借助多目標(biāo)決策方式中整數(shù)規(guī)劃問題舉例，分支定界方法、，分支定界法求解步驟，決策的基本理論，決策分析基礎(chǔ)，隨機(jī)情況下決策問題的基本特點(diǎn)，不確定情況的決策規(guī)劃等等，來對(duì)橫梁受力可能產(chǎn)生問題的概率進(jìn)行分析。了解主觀概率，主觀設(shè)定先驗(yàn)分布，利用過去數(shù)據(jù)設(shè)定先驗(yàn)分布，價(jià)值和價(jià)值函數(shù)的計(jì)算，結(jié)局集上的選好結(jié)構(gòu)，確定型問題的價(jià)值函數(shù)，從而仔細(xì)的分析橫梁時(shí)所具有的自重能力。一旦橫梁太輕，那么整體剛性就會(huì)得不到保證，如果橫梁過重就會(huì)加大彎曲變形問題的發(fā)生，從而導(dǎo)致機(jī)床的整體成本得到增加。為了考慮好鑄造所具有的工藝性，我們需要在進(jìn)行橫梁橫豎方向金版設(shè)計(jì)的過程中，開設(shè)矩形窗口，以此來減輕橫梁所承受的重量，并且可以采用大圓角過渡的形式，避免應(yīng)力集中所造成的鑄件開裂問題。對(duì)整個(gè)結(jié)果分析所做出結(jié)論，橫梁具有足夠大的剛性，因此，需要在進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的過程中顯示出局部的應(yīng)力集中情況，保證最大應(yīng)力的數(shù)值，合理的約束橫梁所處的位置，減輕局部壓力對(duì)構(gòu)建整體性的影響。

4 總結(jié)

綜上所述，在進(jìn)行龍門銑床橫梁設(shè)計(jì)方案的制定過程中，需要利用函數(shù)進(jìn)行表示，構(gòu)建綜合效應(yīng)的函數(shù)公式，對(duì)每一個(gè)方案的優(yōu)劣進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過層次分析法來明確方案的計(jì)量關(guān)系，重型龍門銑床，是我國高新技術(shù)行業(yè)發(fā)展的主要工作內(nèi)容，其生產(chǎn)設(shè)計(jì)受到了人們的廣泛關(guān)注。因此需要運(yùn)用多目標(biāo)決策方案來對(duì)橫梁設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)合多年來的科學(xué)研究成果，多目標(biāo)決策的制定，無論是在理論上還是方法上都需要結(jié)合當(dāng)下的龍門銑床橫梁結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行優(yōu)化，將具體方法和生產(chǎn)事例相結(jié)合，主動(dòng)尋求多種解法。