龙门铣床横梁方案设计及其多目标决策方法

卜雪君

（齐齐哈尔二机床（集团）有限责任公司，黑龙江 齐齐哈尔 161000）

在进行龙门铣床横梁设计的过程中，需要利用有限的软件来对重型龙门铣床的横梁部分进行建模和分析，同时结合最终的结果来对衡量的具体结构进行全面优化，多目标决策方法的应用，能够将多个设计目标优化成一到两个设计问题，制定出最为简单的解决方法。同时还包括分层序列法的应用，将所制定的设计目标按照重要性确立实施顺序，保证在完成现有的目标后，能够一次对下一个目标进行解答，同时还需要直接求出一种设计方法，然后结合制定好的设计标准，来得出满意的设计方案，对于每一个设计目标都要制定一个期望值。

1 重型龙门移动铣床组织结构

重型数控龙门移动铣床的主机结构一般都包括机身、床上滑枕、主要工作立柱和基础工作台等部分，同时需要明确重型龙门移动铣床是集铣、钻、车削等众多功能为一体的机械设备形式，龙门铣床工作台需要进行固定，龙门框架则处于移动式状态，总体的分布格局是龙门框架在滑座上进行移动，保证双向交流伺服电机的驱动，同时需要在龙门框架的主横梁上配置出具有大功率、多功能性的滑枕式镗铣头。

其中通过在机床上设置静压导轨，主要采用的是滚和滑复合式导轨，保证各轴之间处于全封闭控制状态，通过进给轴的应用来实现任意三轴之间的联动，多目标决策的方式在这一过程中的应用，需要改变传统设计理念，在理论上和应用上得到全面的发展，坚持方法和理论相结合的基本理念来实现多目标化的产业优化，主观设定设置方法。

在进行数控龙门铣床的横梁设计开展过程中，需要明确横梁是关键性的部件，直接决定了机床的整体性能，因此需要对其行情庙的主要形状以及导轨的形式进行严格的分析，了解内部板筋的基本构造，明确机床自身所具有的受力状态，确定结构的整体刚性，保证结果运行结果的稳定性，提高铣床的抗震性。多目标决策方案的制定是为了保证，设计流程符合横梁的荷载变化规律以及变形特点，对横梁的主要受力进行严格的分析，保证横梁的自重符合横梁导轨充电标准，对横梁的整个滑座、主轴、电机、外围钣金的重量进行严格的测量分析，从而确定横梁的整个平行力。

一般情况下，三重力共同作用在横梁上之后会让和横梁导致变形和弯曲，不利于主轴的定位精度，从而严重影响到机床的加工情况，因此在进行横梁结构设计的过程中，需要运用多目标决策方式来进行合理的优化，通过线性规划问题举题，二维线性规划的几何图解，线性规划的标准形式，单纯形法求解，人工变量与两阶段法等多种方式来进行详细的结构分析，通过对设计流程的详细分析全面提高横梁的刚度，选择出有力的截面形状，合理的设置搁板和加强筋。

2 横梁截面和导轨设计

当机床的支承件在承受压力后发生弯曲后需要扭转荷载，变形和与截面的面积大小产生直接的关联，并且会受到横截面形状的影响，因此需要了解截面的惯性矩、方形截面的抗弯刚度将会大于圆形戒面，但是抗扭曲刚度则是圆形大于方形，这一结论可以通过多目标设计方法来得出。通过凸集、凸函数的计算来得到无约束问题的最优解，有等式约束问题的最优解，有不等式约束问题的最优解，无约束问题的近似解法。运用梯度法、牛顿法得出有约束问题的近似解法，罚函数法(外点法)，障碍函数法(内点法)，结合所作出的应结论来得到支撑架所能承受的弯矩大于扭距。

因此，在进行截面形状的选择过程中，要以方形和矩形为最佳选择方案，同时要结合矩形截面的综合刚性，来对横梁的受力进行详细分析，最后得出结论，龙门铣床的横梁变形计有弯矩型就有扭转型，横截面的设计要以方形为主，一般情况下，机床都是采用直线导轨来保证上导轨的面积处于水平状态，下导轨面皆处于垂直状态，这一结构虽然具有一定的加工难度，但是能够让两条道轨分别承担主轴和滑轮系统的荷载力，很好地改善导轨的承力结构，提高导轨的受力结构，保证导轨的综合刚度。

3 横梁板筋设计

龙门铣床的横梁内部板筋主要是根据荷载的主要特点来进行合理配置的，通过设置隔板和加强筋的形式，来全面提高横梁的整体布局，提高横梁的综合刚度，在设计过程中，可以采用横竖板筋交叉的框架结构设计形式，来全面提高结构的综合性抗力，符合刀具切削力的使用特性，并且操作工艺校为简便。在进行横梁距离设计的过程中，为了减小横梁所受到的弯曲变形压力，加大横截面的主要高度，可以在中间增加一条水平方向或者竖直方向的隔板，来保证横梁两侧的外墙能够一起承受下坠所产生的重力，减少横梁弯曲变形问题的发生，加大横梁的整体性宽度，在适当的位置增加筋板来抵抗扭转力。借助多目标决策方式中整数规划问题举例，分支定界方法、，分支定界法求解步骤，决策的基本理论，决策分析基础，随机情况下决策问题的基本特点，不确定情况的决策规划等等，来对横梁受力可能产生问题的概率进行分析。了解主观概率，主观设定先验分布，利用过去数据设定先验分布，价值和价值函数的计算，结局集上的选好结构，确定型问题的价值函数，从而仔细的分析横梁时所具有的自重能力。一旦横梁太轻，那么整体刚性就会得不到保证，如果横梁过重就会加大弯曲变形问题的发生，从而导致机床的整体成本得到增加。为了考虑好铸造所具有的工艺性，我们需要在进行横梁横竖方向金版设计的过程中，开设矩形窗口，以此来减轻横梁所承受的重量，并且可以采用大圆角过渡的形式，避免应力集中所造成的铸件开裂问题。对整个结果分析所做出结论，横梁具有足够大的刚性，因此，需要在进行图纸设计的过程中显示出局部的应力集中情况，保证最大应力的数值，合理的约束横梁所处的位置，减轻局部压力对构建整体性的影响。

4 总结

综上所述，在进行龙门铣床横梁设计方案的制定过程中，需要利用函数进行表示，构建综合效应的函数公式，对每一个方案的优劣进行评价，通过层次分析法来明确方案的计量关系，重型龙门铣床，是我国高新技术行业发展的主要工作内容，其生产设计受到了人们的广泛关注。因此需要运用多目标决策方案来对横梁设计进行优化，结合多年来的科学研究成果，多目标决策的制定，无论是在理论上还是方法上都需要结合当下的龙门铣床横梁结构形式进行优化，将具体方法和生产事例相结合，主动寻求多种解法。