高速臥式加工中心立柱的輕量化設計.pdf

1、裝備制造業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎性產(chǎn)業(yè)，而機床是制造業(yè)必不可少的生產(chǎn)工具和工作母機，是實現(xiàn)制造技術和裝備現(xiàn)代化的基石。隨著綠色制造的不斷興起，機床的設計正逐漸向輕量化方向發(fā)展，即在保證機床產(chǎn)品動靜態(tài)性能的前提下，實現(xiàn)節(jié)能減材。機床立柱是加工中心的主要承載結構，其自身重量較大。對立柱結構進行輕量化設計可顯著降低機床整機質量，對提高機床性能、降低制造成本、節(jié)能環(huán)保等都具有重要意義。
　　 本文結合國家科技重大專項，對HMC80高速臥式加工

2、中心的立柱部件進行了輕量化設計，取得的研究成果如下：
　　 (1)論述了國內(nèi)外高速加工中心及其輕量化的研究現(xiàn)狀，總結了機床結構輕量化的發(fā)展趨勢，比較了國內(nèi)外研究的差距和異同點，提出了高速臥式加工中心在具體工況下的輕量化設計總體方案。
　　 (2)對機床立柱結構進行了動靜態(tài)分析，并通過模態(tài)試驗驗證了立柱模型的正確性。在立柱動靜態(tài)特性分析的基礎上，得到了立柱結構優(yōu)化需滿足的動靜態(tài)性能指標。
　　 (3)運用靈敏度分析

3、法對立柱進行了結構尺寸優(yōu)化設計。經(jīng)過對可優(yōu)化尺寸和目標函數(shù)的靈敏度分析計算，確定了立柱結構的最優(yōu)尺寸。優(yōu)化結果表明，優(yōu)化后立柱的重量較原結構減輕了8.7％。
　　 (4)基于拓撲優(yōu)化的立柱結構輕量化設計。首先以立柱設計區(qū)域的體積為約束，以結構前5階固有頻率為優(yōu)化目標，建立了立柱結構拓撲優(yōu)化數(shù)學模型，通過迭代計算得到用于指導結構優(yōu)化的密度云圖，并對優(yōu)化結果進行了可制造化處理和有限元分析。結果表明，在結構剛度、模態(tài)頻率略有提高的基礎