[发明专利]一种变截面卧式加工中心立柱结构

说明书

本发明公布了一种变截面卧式加工中心立柱结构，包括上横梁、下横梁、纵向支撑柱、弧形加强筋，上横梁、下横梁和分别位于左右两侧的纵向支撑柱相互连接组成中空的回字结构。分析结果表明，与传统立柱结构相比，变截面立柱的静动态刚度提高，质量减轻，同时降低加工难度。

技术领域

本发明属于机械工程领域，具体涉及一种变截面卧式加工中心立柱结构，作为“框中框”结构卧式加工中心机床的立柱。

背景技术

近年来，我国机床不断向高精度、高速度的方向发展，对机床提出了更高的要求。机床刚度决定其加工质量，而构件的结构对机床刚度产生较大的影响。因此，对构件结构进行合理设计，能较大改善机床刚度。传统机床结构设计主要采用经验、类比等方法；该类方法缺乏系统的理论指导，在实际设计中，往往出现材料利用率低、设计结构笨重等现象。而且，目前市场上的机床立柱大多为整体铸造形成，传统设计立柱内部有较多的筋板结构，增加了铸造的难度，而且在浇铸时筋板结构易产生砂眼、浇不足等问题，影响立柱的刚度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全新的立柱结构，提高材料的利用率，使其在静动态刚度提高的同时，重量减轻，加工难度降低，节约加工成本。

为了实现上述目的，本发明提供一种变截面卧式加工中心立柱结构，即在外形上做适当的改进，内部结构上，把传统立柱的横纵向十字筋板去除，将立柱截面分段设计为壁厚不断变化的形式。

一种变截面卧式加工中心立柱结构，包括上横梁、下横梁、纵向支撑柱、弧形加强筋，上横梁、下横梁和分别位于左右两侧的纵向支撑柱相互连接组成中空的回字结构，上横梁的截面呈直角梯形，上横梁内部中空，在上横梁内壁设置有弧形加强筋结构，所述纵向支撑柱包括左纵向支撑柱和右纵向支撑柱，左纵向支撑柱和右纵向支撑柱为关于中心立柱结构垂直中线的镜像结构(即左右对称)，在左纵向支撑柱和右纵向支撑柱上分别设置有前侧壁和后侧壁结构，所述前侧壁由第一节前侧壁、第二节前侧壁和第三节前侧壁沿竖直方向由上至下依次连接组成，第一节前侧壁、第二节前侧壁和第三节前侧壁的壁厚由厚至薄依次为第三节前侧壁、第二节前侧壁、第一节前侧壁，第一节前侧壁和第三节前侧壁为均一厚度，第二节前侧壁的壁厚由上至下呈线性均匀增加，所述第一节前侧壁、第二节前侧壁、第三节前侧壁之间的长度比为(10-12):(4-5):(7-9)，所述后侧壁由第一节后侧壁、第二节后侧壁、第三节后侧壁和第四节后侧壁沿竖直方向由上至下依次连接组成，第一节后侧壁、第二节后侧壁、第三节后侧壁和第四节后侧壁的壁厚由厚至薄依次为第四节后侧壁、第三节后侧壁、第二节后侧壁、第一节后侧壁，第一节后侧壁、第三节后侧壁为均一厚度，第二节后侧壁和第四节后侧壁的壁厚由上至下呈线性均匀增加，所述第一节后侧壁、第二节后侧壁、第三节后侧壁、第四节后侧壁之间的长度比为(8-9):(25-26):(5-7):(12-14)；所述下横梁为斜坡结构，斜坡较高的一侧朝向正面，下横梁与上横梁相同皆为内部中空。

进一步的，所述第一节前侧壁、第二节前侧壁、第三节前侧壁之间的长度比优选为(10-11):(4-5):(7-8)。

进一步的，所述第一节后侧壁、第二节后侧壁、第三节后侧壁、第四节后侧壁之间的长度比优选为(8-9):(25-26):(5-6):(12-13)。

进一步的，所述第四节后侧壁与竖直方向的夹角为3°-5°。

进一步的，所述下横梁的斜坡坡度，即斜面与水平面的夹角为20-35度。所述下横梁的斜坡较高的一侧的厚度中线位于立柱下面X向导轨的中线或中线偏下的位置。

本发明的有益效果为：本发明所述的一种变截面卧式加工中心立柱结构是一种全新的立柱结构，采用变优化目标的分步拓扑优化方法，根据拓扑优化结果，在外形上做适当的改进，内部结构上，把传统立柱的横竖向十字筋板去除，将立柱截面分段设计为壁厚不断变化的形式，提高材料的利用率，使其在静动态刚度提高的同时，重量减轻，加工难度降低，节约加工成本。

附图说明