基于拓扑优化的龙门数控机床工作台筋板设计与分析.pdf

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1、第7期组合机床与自动化加工技术No．72015年7月ModularMachineTool＆AutomaticManufacturingTechniqueJu1．2015文章编号：1001—2265(2015)07—0057—04DOI：10．13462／j．cnki．mmtamt．2015．07．016基于拓扑优化的龙门数控机床工作台筋板设计与分析田亚峰，王礼明，李正羊，赵坤坤，叶霞(1．常州昌隆机床制造有限公司，江苏常州213125；2．江苏理工学院机械工程学院，江苏常州213001)摘要：针对某型号龙门数控机床工作台，利用Pro／E三维建模软件设计出两种工作台筋板的实体模

2、型。以轻量化设计为优化目标，通过拓扑优化分析，合理配置结构，在拓扑优化基础上，提出利用ANSYS／Workbench有限元分析软件对工作台进行静动态特性研究。结果表明，在工作台质量略有降低的情况下，米字型筋板结构比原先的井字型筋板结构最大变形量减少29．7％，一、二阶固有频率分别提高18．5％和9．3％，提高了工作台的刚度，使其运动特性明显提升，为工作台的设计提供了理论依据。关键词：有限元分析；拓扑优化；筋板结构；动态特性中图分类号：TH122；TG659文献标识码：ADesignandAnalysisofWorktableStifenedPlatesofCNCGantryM

3、achineToolBasedonTopologicalOptimizationTIANYa—feng，WANGLi—ming，LIZheng—yang，ZHAOKun—kun，YEXia(1．ChangzhouChanglongMachineToolManufacturingCo．，Ltd，ChangzhouJiangsu213125，China；2．SchoolofMechanicalEngineering，JiangsuUniversityofTechnology，ChangzhouJiangsu213001，China)Abstract：AccordingtotheN

4、Cgantrymachinetool，twodifferentkindsofstiffenedplatesweredesigned．withthemainoptimizationobjectiveoflightweightdesign，themethodoftopologicaloptimizationwastakentoveritytherationalityofworktablestructure，andthen，obtainedthestaticanddynamiccharacteristicofworktablewiththehelpofANSYS／Workbench

5、software．Theanalysisresultshowthatmaximumdeforma-tionofworktablewasdecreasedby29．7％．andthefirst—stageandsecond-stageinherentfrequencyoftheworktablewereincreasedby18．5％and9．3％，atthesametime，themassoftheworktablealsometthedesignrequirement．thisanalysismethodofworktableimprovedthestiffnessofwo

6、rktableandprovidedatheoreticalbasisforthedesignofworktable．Keywords：finiteelementanalysis；topologicaloptimization；structureofstiffenedplate；dynamiccharacter-jstic目前，以经验设计和类比设计的研究方法难以满0引言足数控机床对高精度的要求，而常见的优化只是在原龙门数控机床是一种高效率、高精度的机械自动有结构基础上进行拓扑优化，没有考虑原先结构是否化加工设备，为保证其加工效率和加工精度，要求数控合理。机床基本部件具有优良的

7、静动态特性，即静刚度和抗本文在分析工作台筋板结构以及工况载荷的基础振性j。工作台作为龙门数控机床的重要部件，其运上，提出不同的筋板类型，并通过拓扑优化分析，找出动特性直接决定了数控机床的运动性能，由于工作台薄弱环节，根据分析结果对其进行改进，合理配置工作的结构尺寸以及筋板配置不合理，导致工作台的刚度台结构，并通过ANSYsY／Workbench检验优化后的工不足，在机械加工过程中产生振动和变形，严重影响工作台的合理性，不但提高了工作台的静动态特性，节省件的加工精度，因此有必要对龙门数控机床工作台了材料，