深孔鉆床關(guān)鍵件動態(tài)性能分析與結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化.pdf

1、深孔機床作為深孔加工中主要的加工設(shè)備，在制造業(yè)中扮演著重要的角色。其加工性能和加工精度對孔加工的質(zhì)量影響至深。但是，深孔機床關(guān)鍵件（床身、主軸箱）或采用經(jīng)驗設(shè)計，或沿襲傳統(tǒng)方法，或仿制國外產(chǎn)品，導致安全系數(shù)過于保守，零部件的體積粗大笨重，結(jié)構(gòu)設(shè)計不夠合理，從而直接影響到其動態(tài)特性和靜態(tài)特性，也就直接影響機床的加工精度及精度穩(wěn)定性。近年來，許多學者將結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化方法引入到機床的設(shè)計與改進中，并取得了顯著效果，但是在深孔加工機床中的應(yīng)用研究

2、較少，因此，將結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用于深孔加工機床的研究具有重要的意義和應(yīng)用價值。
　　本文以Z8016深孔鉆床的主軸箱和床身為研究對象，運用有限元分析和結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化相結(jié)合的方法，對其進行了模態(tài)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。在分析之前，首先將模型在UG軟件中進行了必要的簡化處理，然后以IGES格式導入HyperWorks軟件中。通過模態(tài)分析，分別得到了主軸箱和床身的低階模態(tài)及其相應(yīng)的振形圖?；谧兠芏确ǖ幕舅枷?，針對主軸箱和床身分別建立各自

3、的數(shù)學模型，并以HyperWorks/OptiStruct軟件為工具，對其進行拓撲優(yōu)化，得到了主軸箱和床身的材料最優(yōu)分布圖。最后根據(jù)低階振型圖及材料最優(yōu)分布圖，分別對主軸箱和床身進行結(jié)構(gòu)重構(gòu)設(shè)計。改進后的主軸箱結(jié)構(gòu)，一階固有頻率提高了9.69％，質(zhì)量減少了5.87%。改進后的床身結(jié)構(gòu)，一階固有頻率基本保持不變，質(zhì)量減少了11.22%。動態(tài)特性滿足了設(shè)計要求，并實現(xiàn)了輕量化設(shè)計，從而為深孔加工機床中其他關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了可借鑒的方法