基于响应面分析的双主轴龙门铣床横梁截面优化设计

为了满足航空发动机的需求，需要提高双主轴龙门铣床横梁的工作效率。出于安全的考虑，发现设计的双主轴龙门铣床横梁的横截面过宽无法与预计的相符。因此做出了一些改动，希望可以优化双主轴龙门铣床横梁的横截面，使其符合要求。只要完成了优化设计并验证成功，就可以做到保证安全与降低成本的“双管齐下”，有效提高了双主轴龙门铣床横梁在航空方面需求的竞争力[1]。最终的结果显示，优化方案既减少了双主轴龙门铣床横梁的横截面有保证了安全系数，甚至在制造材料方面也下了功夫，又大大减少了生产成本。

1 影响因素的分析在制造双主轴龙门铣床横梁的过程中，有很多因素影响着成品的质量，如何改变双主轴龙门铣床横梁的制作外形是关键。比如，在制作过程中要是从加工精细度的方面来考虑，其影响在于龙门框架，它决定着双主轴龙门铣床横梁的内部结构，也是双主轴龙门铣床横梁抗不良因素的决定因素。龙门框架影响的工作精细度最终不能影响双主轴龙门铣床横梁的外形。也就是说，龙门框架的改变不能使双主轴龙门铣床横梁得横截面缩小。需要更改别的因素，在保证质量与安全的前提下对双主轴龙门铣床横梁的横截面设计进行优化。

2 原本模型的设计原本的双主轴龙门铣床横梁的设计在于采用双主轴的形式，在保证可以求出解的前提下将模型化简。建立坐标系，分析受力情况同时还要考虑要求与材料带来的偏差，最终简化到了有限元模型。以下就是对于简化模型的分析，在受力方面，双主轴龙门铣床横梁受到自身的重力和在其上的部件的重力以及其他部件给它的支持力，其他的受力情况经过周密地考虑可以转化为其导轨的受力。还有一些双主轴龙门铣床横梁所受的力是需要通过公式才能计算的，比如切削力，是通过机床工作的效率计算出来的[2]。同过这些受力分析，可以大体上得出了原本的双主轴龙门铣床横梁设计过于局限导致横截面大于要求，双主轴龙门铣床横梁的横截面方面上需要改进。

3 现在的优化设计在优化的时候，要考虑如何保证原设计的优势的同时突破现在的局限。比如要保留原设计中高质量的双主轴龙门铣床横梁的制造，这样可以抗外界不良的因素，保证安全。要突破局限也是有难度的，以减少双主轴龙门铣床横梁的横截面为前提，同时还要考虑有哪些方面也可以改进。为了缩小双主轴龙门铣床横梁的横截面，需要改变内部结构，但同时也为双主轴龙门铣床横梁的制造增加了难度。鉴于以上因素，提出以下措施：减少横梁的宽度，去掉一角，以及在整体上设计减重。这样可以使双主轴龙门铣床横梁在可以抗不良条件下还能使横截面减少。在改变外形的同时还要利用一些软件测验改变的可行性，比如灵敏度的测验，这是一道必备的以及繁琐的步骤[3]。灵敏度分析其实是在不停的试验哪些值是可取的，也就是将设计的适用范围分化得更加精细，可以对不合理的地方及时调整，使设计更加合理化。采用极差灵敏度的方法，将之前简化的模型再次利用数学软件测验。通过灵敏度分析，可以将各种因变量的改变而带来的影响都计算出来，比如，对于动静态特性的分析。根据这些因素的分析建立合适的模型——响应面模型，也就是将各个因素以数据的方式建立多元一次方程组，利用正交变换的方式计算出双主轴龙门铣床横梁的各个部件的响应面模型。将这些因素都加以计算和调整，最后要做的工作就是将各个优化过的因素拼凑成整体来进行试验与调节。对响应面模型进行正确评估使双主轴龙门铣床横梁的各个部件的响应面模型达到精度化要求。将优化后得到的数据输入数学软件中进行测验，重新分析求解最终得出优化的结果。

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结束语

通过不断地试验最终的优化结果显示，虽然外形有些变动，但是在抗不良环境下的效果依旧不变的情况下，质量用料都有一定的减少，这使双主轴龙门铣床横梁的制造大大降低了成本。也就是说，在不改变原本设计的横梁轨道的前提下，通过改变双主轴龙门铣床横梁的内部结构，去掉一角以及减重的设计，有效减少了双主轴龙门铣床横梁的横截面。通过如灵敏度分析等一系列的软件测试，明确也更加精细化了双主轴龙门铣床横梁制造的各种数值的范围并取得最优解，达到优化的目的。

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