基于有限元的加工中心工作台筋板的仿生优化.pdf

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1、·工艺与装备·组合机床与自动化加工技术文章编号：1001—2265(2010)11—0098—03基于有限元的加工中心工作台筋板的仿生优化项忠珂，李尚平，唐满宾。(1．广西工学院机械工程系，广西柳州545006；2．钦州学院，广西钦州535000；3．正菱集团，广西柳州545005)摘要：仿照小麦、水稻等作物茎杆的结构对加工中心工作台的筋板进行了重新设计，并应用ANSYS软件的优化模块对筋板结构参数进行了优化；对原有模型和仿生的改进型做了在相同条件下的静力分析和模态分析；结果显示，后者在性能上比前者更好；改进型的筋板总体积相比原模型的

2、筋板总体积大幅减小。关键词：筋板；仿生；优化；有限元中图分类号：TH16；TG65文献标识码：ABionicOptimizationoftheRibbedPlateontheWorktableoftheMachiningCenterBasedonANSYSXIANGZhong—ke，LIShang—ping’，TANGMan—bin(1．GuangxiUniversityofTechnology，MechanicalEngineering，GuangxiLiuzhou，545006，China；2．QinzhonUniversity，

3、GuangxiQinzhou535000，China)Abstract：Redesignedtheribbedplateontheworktableofthemaxchiningcenterimitatethewheat，riceandothercropSstemstructures，thenapplytheoptimizationmoduleofANSYStooptimizethestructreparametersoftheribbedplateMadestaticandmodalanalysisoftheoriginalmode

4、landthebionicmodifiedmodelunderthesameconditions．Theresultsshowthatthelatterisbetterthantheformerinperformance．Thetotalvolumeofribbedpalteofthemodifiedmodelcomparetotheoriginalmodelisgreatlyreduced．Keywords：ribbedPlate；bionic；optimization；FEM的应用也越来越多。常见的用于筋板布置的有蜂窝O引言型和草

5、本植物茎杆型。工作台是加工中心是用来承放待加工零件的部件，其刚度直接影响着机床的整体加工精度，而工作台的刚度在很大程度上取决于其筋板的布置方式和尺寸参数，在追求轻量化设计的今天，在满足性能的前提下，很有必要对工作台筋板进行结构优化，以减轻质量。文章根据仿生学的知识，对工作台筋板的布置方式进行了重新设计，并对筋板的尺寸参数进行了优化。1筋板的仿生设计传统的筋板布置方式主要呈井字型、X型和米图1原有模型的筋板布置方式字型，或者是其组合型。文中企业的初始设计是井生活在农村的人都知道，小麦和水稻有很大的字型和x型的组合，如图1所示。这种布置方

6、式基麦穗、谷穗，但其细长的茎杆很少有弯曲生长的。当本上是凭经验进行设计，容易趋于保守，往往造成构它们受风力侧向作用而倒伏时，基本上从根部倒伏，件的质量过大，浪费严重，并且性能也不一定很好。很少从中间折断。这说明这类植物的茎杆都有较好在追求轻量化设计的今天，传统的设计方法已显得的抗压和一定的抗侧向力作用的能力。从它们的横不足。仿生学是一门蓬勃发展的学科，在机械领域截面可以看出，它们的茎杆都是中空、环形且带有夹收稿日期：2010—05—19作者简介：项忠珂(1984一)，男，江西上饶人，广西工学院在读硕士研究生，研究方向为数字化设计技术及

7、应用，(E—mail)xiangzke@126．com。·98·2010年第1l期·工艺与装备·层的结构。这种结构的特点是：轻质高效、具有高比∑L·H·D+∑6(，日，D)(1)刚度、高比强度。是轻量化设计的理想选择。lI1l文章仿照小麦和水稻茎杆的结构对工作台的筋式中：第一项是大圆环的体积；第二项是小圆环的体板进行重新设计，如图2所示。其中：中间区域对应积；第三项是斜筋板的长方体部分，是筋板长度；的是工作台的初级安装面，是最大变形区域，采用环第四项是斜筋板的边角部分，相对其他三项，它是一形筋和对角筋相结合方式，以增加筋板的密集度，从

8、个高阶小的量。考虑体积函数()的各项系数对其而保证工作台的刚度；六个滑块安装面周边是小变最值点的影响，并舍去高阶小量，建立简化了的数学形区域，只布置对角筋，尽量减少材料的使用。模型如下：X=[，，，](X)=(2x1+4