隨 著 航 空 航 天 飛 行 器、船舶機械以及模具制造等 行 業 的 迅 猛 發 展，數控機床被廣泛應用于各種大型復雜空間曲面零件的加工中［１－２］。為 了 滿 足 產 品技 術 革 新 和 產 業 升 級 對 機 床 高 速 度、高 精 度、高 效 率的 加 工 要 求，橋式龍門銑床采用工作臺靜止、橫 梁 移動 的 結 構 設 計 方 案。在 機 床 加 工 過 程 中，橫 梁 作 為主 要 運 動 部 件，不僅要能承受自身和滑枕等關鍵零部 件 的 重 量，還應具有良好的動態性能以實現機床的 快 速 平 穩 運 行。因 此，設計合理的橫梁結構方案，滿 足 橫 梁 的 靜 動 態 性 能 要 求，并實現橫梁的輕量化設 計，對 機 床 整 機 性 能 的 提 高 至 關 重 要。
近年來，隨著有限元分析技術的不斷發展和完善，機床部件的設計已逐步從傳統的經驗設計轉向基于計算機虛擬 建 模 及 仿 真 分 析 的 結 構 優 化 設 計。孫芹等［３］采用基于變密度法的拓撲優化設計方法，調整橫梁筋板布置，提 高 了 橫 梁 的 結 構 剛 性，實 現 了 橫 梁的輕量 化 設 計。龐 錦 平 等［４］采用模糊綜合評價法、ＴＯＰＳＩＳ（ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒｏｒｄｅｒｐｒｅｆｅｒｅｎｃｅｂｙｓｉｍｉｌａｒｉｔｙｔｏａｎｉｄｅａｌｓｏｌｕｔｉｏｎ）法 和 灰 色 關 聯 分 析 法 對 磨 床 橫梁結構的多種方案進行對比分析，選 出 了３種 評 價方 法 下 的 最 優 方 案，比較得出采用模糊綜合評價法效 果 最 優，采 用ＴＯＰＳＩＳ法 效 果 最 差。Ｌｉｕ等［５］建立 了４種 橫 梁 結 構 的 優 選 模 型，并進行靜動態性能參 數 的 有 限 元 分 析，并通過灰色關聯分析法和層次分 析 法 確 定 了 優 選 設 計 方 案。這些研究雖然促進了橫 梁 設 計 與 優 選 理 論 的 發 展，但僅僅針對方案優選階 段，并沒有進一步對與橫梁設計相關的尺寸進行優 化，因 而 研 究 結 果 缺 乏 工 程 實 用 性。為 此，本 文 以橋 式 龍 門 銑 床 橫 梁 為 研 究 對 象，采 用ＣＡＤ／ＣＡＥ集成仿真技術對橫梁結構進行三維建模和有限元分析。在此基礎上設計正交試驗并運用改進的模糊綜合 評 價 法 對 有 限 元 仿 真 數 據 進 行 處 理，確 定 橫 梁 優選 方 案，并對其關鍵設計尺寸進行靈敏度分析與優化，確定具體的設計尺寸并用于指導機床橫梁的制造 和 生 產。
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結 論
１）本文針對橋式龍門銑床橫梁多因素多水平的結 構 設 計 特 點，采用正交試驗設計方法從３２種 參 數組 合 中 挑 選 出８種具有代表性的參數組合作為橫梁結 構 設 計 方 案，在一定程度上提高了設計效率。通過三維建模和有限元仿真分析獲得設計方案的評價指 標 數 據，為橫梁設計方案的優選以及后續的優化奠 定 了 基 礎。
２）運用改進的模糊綜合評價法進行橫梁結構設計方案的多目標優選。將 熵 值 法 與 模 糊 層 次 分 析 法相 結 合 進 行 評 價 指 標 權 重 賦 值，形成優勢互補的組合 權 重；在客觀仿真數據的基礎上，對 各 評 價 指 標 數據 作 區 分 處 理，獲得同一評價指標下各方案的優劣等級，并 建 立 模 糊 關 系 矩 陣。綜合考慮指標權重與方 案 優 劣 等 級，確 定 了“箱 中 箱 式－井 型－２０ｍｍ－線軌”的橫梁結構設計方案作為優選方案，并 對 其 關 鍵設計尺寸進行了靈敏度分析與優化，得 到 了 具 體 的設 計 尺 寸。優 化 后，橫梁的靜動態性能得到明顯改善，并實現了輕量化設計，為 數 控 機 床 其 它 關 鍵 零 部件的設計提供了有益參考。
