基于元结构的整体叶盘高效强力复合铣床立柱优化设计-西北工业大学.pdfVIP

２０１５年４月 西 北 工 业 大 学 学 报 Ａｐｒ． ２０１５ 第３３卷第２期 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｖｏｌ．３３ Ｎｏ．２ 基于元结构的整体叶盘高效强力 复合铣床立柱优化设计 孙鹏程，史耀耀，辛红敏，赵盼，李志山 （西北工业大学 机电学院，陕西 西安　 ７１００７２） 摘　 要：针对整体叶盘高效强力复合铣床的关键零部件刚性，运用有限元分析方法，分析其盘铣立柱 的动、静态特性。 提取立柱的３种典型元结构，结合盘铣切削条件，运用变量分析技术，并以元结构的 出砂孔形状、尺寸、孔数和筋板作为优化对象，以固有频率和刚度为优化目标，以整体质量为约束条 件，提高立柱的刚度质量比。 根据获得的３种最优元结构对立柱重构建模，优化后的立柱结构方案与 原方案相比，质量减轻（１１２％），固有频率（一阶固有频率增加２８４％）和刚度（整体变形减小３８５％） 明显提高。 关　 键　 词：ＡＢＡＱＵＳ；立柱结构；计算机软件；变形；有限元方法；网格划分；数学模型；模态分析； 固有频率；优化；刚度；元结构；盘铣立柱 中图分类号：ＴＰ３９１　 　 　 文献标志码：Ａ　 　 　 文章编号：１０００⁃２７５８（２０１５）０２⁃０２３７⁃０７ 　 　 整体叶盘作为航空发动机实现结构创新和技术 采用双定立柱及十字滑台结构。 国内外众多学者针 跨越的核心部件，广泛应用于先进、高推重比航空发 对机床结构提出了许多优化和分析方法。 Ｊ．Ｒ．Ｂａｋ⁃ 动机中。 然而，由于整体叶盘结构复杂、通道开敞性 ［２］ ｅｒ 等从机床结构和切削力等方面研究了机床刚性 差、弯扭大，且毛坯一般采用钛合金、高温合金等难 问题，针对车削和铣削加工，发现机械结构的改变可 加工材料锻造而成，其综合制造难度极大，并且国外 ［３］ 以有效提高整体刚性。 Ｒ．Ｎｅｕｇｅｂａｕｅｒ 等 、Ｚｈａｏ 先进的加工技术对我国严密封锁。 因此，研究整体 ［４］ Ｌｉｎｇ等 应用仿生学原理，重新设计机床结构，减 叶盘通道开槽粗加工方法及工艺装备对于提高加工 ［５］ 轻了重量，提高了刚度质量比。 Ｌ．Ｋｒｏｌｌ 等 、ＲＡＯ 效率、降低成本具有重要的意义。 ［６］ Ｌｉｕｓｈｅｎｇ等 运用拓扑优化技术，实现了机床的轻 当前，国内整体叶盘的加工主要依赖进口五坐 ［７］ 量化设计。 于长亮等 通过整机动态分析，辨识出 标机床，利用插铣、侧铣的方法分层切削，加工成本 不同频率下的整机薄弱环节，明确优化目标，提高了 高，效率低。 为改变这一现状，实现整体叶盘加工工 ［８］ 共振频率。 郭垒等 对元结构的理论建模方法进 艺装备的国产化，本文针对该设备的关键承力部件 ［９］