基于元结构的机匣加工中心立柱动态优化设计.pdf

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1、机械工程师酾黼妇每砖目E一；螽篷囊氢蘸蘸赣籀襁鬃酝鳝弦酝蝴渤觋糍翁女鸶鬻MECHANICALENGjNEER基于元结构的机匣加工中心立柱动态优化设计闫文飞。米洁，杨庆东(北京信息科技大学机械工程学院，北京100192)摘要：以提升机床立柱动态特性为目标，提出一种基于元结构特征的动态优化方法。依据机械元结构思想将机匣加工中，U立柱分解，并提取出能代表其动态特性的元结构。基于有限元模态分析法，探究了元结构中筋板类型及其尺寸参数对其模态参数的影响规律，在此基础上对该元结构进行优化。通过对比结构优化前后的立柱动态特性并

2、对改进后的立柱进行实验模态分析，验证了该方法的可信’性。研究结果表明，该方法可以在后续在虚拟设计阶段中有效控制机床的隐性性能指标，为基于动态特性对其进行设计评价提供了数据支撑。关键词：立柱；元结构；有限元分析；动态优化设计；模态试验中图分类号：TG502文献标志码：A文章编号：1002—2333(2017)02—0005—04DynamicOptimizationDesignofCasingMachiningCenterColumnBasedonUnitStructuresYANWenfei，MIJie，YAN

3、GQingdong(SchoolofMechanicalEngineering，BeijingInformationScienceandTechnologyUniversity，Beijing100192，China)Abstract：Inordertoimprovethedynamiccharacteristicsofmachinetoolcolumn，adynamicoptimizationmethodbasedonunitstructurefeatureisproposed．Accordingtothei

4、deaofunitstructure，thecolumnofthemachiningcenterisdecomposed，andtheunitstructurewhichcanreflectthedynamiccharacteristicsofthecolumnisextracted．BasedontheFEmodalanalysis，theinfluenceofstiffenedplates’typeandsizeparameterstothemodalparametersisexplored．Ontheba

5、sisofabove，theelementstructureisoptimized．Bycomparingthedynamiccharacteristicsofthecolumnbeforeandafteroptimizationandtheexperimentalmodalanalysisoftheimprovedcolumn，thecredibilityofthemethodisverified．Theresultsshowthattheimplicitperformanceofthemachinetool

6、canbeeffectivelycontrolledbythismethodinthevirtualdesignstage，whichprovidesthedatasupportforthedesignandevaluationofthemachinetoolbasedonthedynamiccharacteristics．Keywords：column；unitstructures；finiteelement；dynamicoptimizationdesign；modaltest0引言数控机床在工作过程中耍承

7、受复杂的静动态载荷和从外界传来的振动的影响，为保证加工质量和加工效率，要求其结构具有良好的动态性能【lI。机床整机动态性能的优劣取决于各子部件动态特性的优劣。立柱作为机床的主要功能子部件之一，其动态特性是决定机床抗振性能的重要因素，提高其动态特性有助于提高机床整机的加工精度等性能剐。因此对立柱结构进行优化设计和模态分析是很有必要的。现阶段机床结构优化设计方法主要分为3个方面：结构尺度的优化设计、结构形状的优化设计及拓扑优化[41。基金项目：国家科技重大专项(2013ZX0400—1061)拓扑优化设计是以确定结

8、构最优拓扑为目标的优化方法；结构的形状优化设计是以确定结构的最优形状为目标的优化方法；尺度优化设计师以确定结构中各子部分的尺寸为目标的优化方法。如：R．Neugebauer等[51应用仿生学原理，重新设计机床结构，使机床重量得到了减轻，并在一定程度上提高了机床的刚度与质量之比。L．Kroll等1日运用拓扑优化方法，实现了机床的轻量化设计的目标。根据出发点的不同，国内优化设计研究主要分为