基于Design Explorer的床身轻量化设计.pdf

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1、2014年6月机床与液压Jun．2Cl14第42卷第11期MACHINETO0L&HYDRAULICSVo1．42No．11DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2014．11．043基于DesignExplorer的床身轻量化设计张国萍，蔡家斌(贵州大学机械学院，贵州贵阳550025)摘要：以某大型数控龙门铣床床身结构为研究对象，使用ANSYSDesignExplorer优化设计模块，将床身筋板厚度、砂孔直径作为主要的优化参数，在床身原强度和刚度不变的前提下对其进行轻量化设计。分析结果表明：经轻量化设计后，床身的总变形、应力、应变最大

2、值有所下降且分布得到改善，质量减少了11．3％。关键词：铣床床身；优化设计；轻量化中图分类号：TH16文献标识码：A文章编号：1001—3881(2014)11—153—4BedLightweightDesignBasedonDesignExplorerZHANGGuoping．CAIJiabin(CollegeofMechanicalEngineering，GuizhouUniversity，GuiyangGuizhou550025，China)Abstract：Takingalarge·scaleCNCgantrymillingmachinebedst

3、ructureastheresearchobject，usingANSYSDesignExploreroptimaldesignmodule，thethicknessofthebodyribsandthesandholediameterweretakenasmainoptimalvariablestomakelight—weightdesignonthepremiseofsamebedoriginalstrengthandstiffness．Theanalysisresultsshowthat：afterlightweightdesign，themaxim

4、umvaluesofthebeddeformation，stress，strainaredeclinedandtheirdistributionsareimproved，weightreductionis11．3％．Keywords：Millingmachinebed；Optimaldesign；Lightweight数控机床向高速度、高精度、高效率的方向发(1)目标驱动优化。它是一种目标优化技术，展。作为机床的关键零部件，必然要求机床床身具是从一组给定的样本(设计点)中得出最佳设计点。有较高的静、动态特性和较轻的质量。近年来很多(2)相关参数优化。用于得

5、到输入参数的敏感学者对机床床身进行了大量的静、动态特性分析和性，也就是说可以得到某一输人参数对相应曲面的影结构改进。如陈新等人用有限元方法对磨床机构响究竟有多大。进行动态分析，探讨了筋板布局形式对动态特性的(3)响应曲面优化。主要用于直观观察输入参影响；黄世霖等利用频率灵敏度分析方法对铣床数的影响，通过图表形式能够动态显示输入与输出参床身结构进行动态优化分析。但对大型数控龙门铣数之间的关系。床床身进行轻量化设计和研究较为少见。文中在原(4)六希格玛设计。主要用于评估产品的可靠床身模型的静、动态特性分析的基础上，应用AN—性，其技术是基于6个标准误差理论，例

6、如假设材料SYSDesignExplorer优化设计模块，对床身筋板厚属性、几何尺寸、载荷等不确定性输入变量的概率分度、砂孔形状大小进行优化分析，以期实现在确保布对产品性能(应力、应变等)的影响。原床身结构强度和刚度不变的前提下，得出使床身1．2数控铣床的床身建模质量最轻的设计方案。某大型数控铣床的床身分为三段：前段床身，中1某大型数控铣床床身的优化设计段床身，后段床身。三段床身结构相同，通过螺栓连1．1ANSYSDesignExploration优化设计理论接。床身总长6950mm，宽2080mm，高720mm。DesignExploration作为快速

7、优化工具，实际上筋板厚度30mm，壁厚30mm。床身采用HT200铸造是通过设计点的参数来研究输出和导出参数的，由而成，总质量17289kg，弹性模量1．2×10MPa，泊于设计点是有限的，因此也可以通过有限的设计点松比0．25，密度7210kg／m。文中采用ANSYSGe-拟合成响应曲面(或线)来研究。优化方法包括以ometry建立其三维模型，如图1所示为床身前段结构下几项：图收稿日期：2013—05—09基金项目：贵州省科技重大专项(黔科合重大专项字(2011)6017)作者简介：张国萍(1986一)，男，硕士研究生，研究方向为机电传动与控制。E—ma

8、il：492529016@qq．eom。·156·机床与液压第42