基于元结构的加工中心立柱动态优化设计.pdf

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1、第2期组合机床与自动化加工技术NO．22013年2月ModularMachineTool＆AutomaticManufacturingTechniqueFeb．2013文章编号：1001—2265(2013)02—0004—03基于元结构的加工中心立柱动态优化设计杨常青，胡亚辉，胡小民(天津理工大学天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室，天津300384)摘要：以加工中心立柱为研究对象，根据快速设计及框架结构优选的设计思想，利用结构动态设计原理及有限元分析技术对立柱进行动态设计分析与结构优化。首先根据立柱结构的分析提取典型的元结构单元，然后对元结构进行拓扑优化设计，提出若干改进方案

2、，并对改进方案进行模态对比分析。最后以立柱固有频率为优化目标，以优选的元结构为依据，对立柱进行重构设计，提高了立柱的动态特性。在机床的初步设计中，为其部件的优化设计提供了一定的参考价值，缩短了设计周期，提高了设计效率。关键词：立柱；有限元分析；元结构；动态设计；结构优化中图分类号：TH16；TG65文献标识码：ADynamicOptimizationDesignofTheMachiningCenterColumnBasedonUnitStructuresYANGChang—qing，HUYa—hui，HUXiao—min(TianjinKeyLaboratoryforControl

3、Theory&ApplicationsinComplicatedSystems，TianjinUniversityofTechnology，Tianjin300384，China)Abstract：Accordingtothedesignideaofrapiddesignandframestructureoptimization，thecolumnofmachiningcenteristakenastheresearchobject，structuredynamicdesignprincipleandthefiniteelementanalysistechnologyareused

4、tothedynamicdesignanalysisandstructuraloptimizationofthecolumn．Firstofall，accordingtothestructureanalysisofthecolumnextractingthetypicalunitstructure，andthentheunitstructureisimplementedbythetopologyoptimizationdesign，putsforwardsomeimprove-mentscheme，andtheimprovedschemewillbeconductedofthemo

5、dalanalysis．Atlasttakingthecol—umninherentfrequencyastheoptimizedobject，accordingtotheoptimalunitstructure，thecolumnwillbereconstructiondesigned，improvingthecolumndynamiccharacteristics．Inproceedofpreliminaryde—signofthemachinetool，providingacertainreferencevaluefortheoptimumdesignofcomponents

6、，shorteningthedesigncycle，andimprovingthedesigneficiency．Keywords：column；finiteelementanalysis；unitstructure；dynamicdesign；structuraloptimization性进行分析与优化，最后提高了整机的加工精度，0引言李小彭等通过研究床身的不同高度尺寸及筋板的布立柱是大重型加工中心的关键支撑部件，如图1置形式对数控车床床身的动态性能进行了分析，所示，立柱底部连接床身，顶部支撑横梁，床鞍，主轴提出了有效的解决方案，提高了床身的动态特性，进箱等关键部件。立柱的位置及

7、结构在加工中心的总而提高整机的加工精度。影响立柱动态特性的因素体结构中十分重要，因此立柱的动态特性，将直接影比较多也比较复杂，优化设计时必须做一些简化处响到加工中心的稳定切削及加工精度，并且将严重理利用机械结构的元结构思想对立柱进行简化处影响其使用寿命，所以改善加工中心立柱的动态特理是依据快速设计及框架优选的设计思想提出的将性成为机床优化设计的重要任务。众多学者针对机立柱分割为相同的筋格结构单元，通过优化立柱内床的关键部件进行了动态特性的分析与优化，如刘部的结构单元提