深孔钻镗床床身的有限元分析及拓扑优化.pdf

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1、第1期组合机床与自动化加工技术NO．12013年1月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueJan．2013文章编号：1001—2265(2013)O1—0096一O3深孔钻镗床床身的有限元分析及拓扑优化术游小红，薄瑞峰(中北大学山西省深孔加工工程技术研究中心，太原030051)摘要：为了提高深孔镗床床身的综合力学性能，以T2120深孔钻镗床为研究对象，采用三维软件Pro／E建立床身结构实体模型，然后将实体模型导入到ANSYS中对床身进行模态分析计算出床身固有频

2、率和振型。用ANSYS软件拓扑优化模块对床身进行拓扑优化分析，根据优化结果对床身进行改进设计。改进后的床身固有频率有明显提高，质量减少了27．5％，达到了拓扑优化减重和材料最佳分配的目标。关键词：深孔钻镗床；模态分析；频率；拓扑优化中图分类号：TH11文献标识码：AFiniteElementAnalysisandtheTopologicalOptimizationofDeepHoleDrillingandBoringMachineYOUXiao—hong，BORui—feng(DeepholemachiningEngin

3、eeringResearchCenterofShanxi，TheNorthUniversityofChina，Taiyuan030051，China)Abstract：Inordertoimprovethedeepholeboringlathebedcomplexmechanicalproperties，withT2120deepholedrillingandboringmachineastheresearchob‘ject，the3DsoftwarePro／Eestablishlathebedstructuresoli

4、dmodel，andthenwillbeimportedintotheentitymodelofANSYSlathebedmodalanaly—sis，andcalculatesthelathebednaturalfrequencyandvibrationmode．WithANSYSsoftwaretopologyoptimizationmoduletothelathebedtopologicaloptimizationanalysis，accordingtotheresultsoftheop—timizationdes

5、igntoimprovethebed．Theimprovedlathebedinherentfrequencyhaveincreasedsignifi—cantly．thequalityhasbeencutby27．5％．Topologyoptimizationtoreduceweightandmaterialbestdistributiongoals．Keywords：deepholedrillinganddoringmachine；modalanalysis；frequency；topologyoptimizatio

6、n0引言1床身的有限元分析随着技术的发展，深孔钻镗床以其高精度、高质I．I有限元力学模型的建立量、高效率等优良加工性能在现代工业生产中使用越将Pro／E建立的零件实体模型通过中间数据文来越广泛，而床身结构作为深孔钻镗床关键性基础部件导入ANSYS，然后进行网格划分，由于深孔床身内件，其结构性能影响到整个机床工作性能。引入拓部结构有较多纵横交错的筋板，结构复杂，用影射网扑优化概念，然后以深孔镗床床身的结构拓扑优化设格划分比较困难，所以本次网格划分采用智能网格计为例，采用有限元分析软件ANSYS10．0对其进行单划分．网格划

7、分后的有限元模型如图1所示。在目标优化设计来提高其刚度和抗振能力，减小变形量，拓扑优化单元类型的选取上选用solid45单元。在同时减轻床身的质量。上海理工大学郭嫒美利用AN—ANSYS分析时这是一种三维实体单元，每个实体单SYS、HyperWorks大型有限元软件对外圆磨床床身进元含有8个节点。划分后床身的节点总数为行了拓扑优化，在保证机构具有足够强度和刚度的基197244，单元总数为31524。础上，实现了磨床床身设计重量的大幅度下降，所得结T2120深孔钻镗床床身材料为HT200，根据德州论对进一步改进原有产品具有

8、实用和指导意义。市巨泰机床制造有限公司提供的参考数值，床身的目前结构优化技术，特别是拓扑优化技术在深孔加工材料参数为：密度为7．8X10kg／m，弹性模量为机床中的应用几乎没有，深孔加工机床关键件的结构100GPa，泊松比为0．26。优化迫切需要拓扑优化技术。收稿日期：2012—05—02基金项目：国家自然科学基金(