数控机床关键结构件优化设计.pdf

第7期 机械设计与制造 2012年 7月 Machinery Design Manufacture 41 文章编号：1001—3997(2012)07—0041—03 数控机床关键结构件的优化设计 木 李初晔 杨 洁 冯长征 (北京航空制造工程研究所 数控制造技术航空科技重点实验室，北京 100024) OptimizationDesignforKeyStructuralComponentsofCNCMachineTools LIChu—ye，YANGJie，FENGChang-zheng (BeijingAeronauticalManufacturingTechnologyResearchInstituteAeronauticalKeyLaboratory forNumericalControlManufacturingTechnology，Beijing100024，China) 【摘 要】结构优化能综合处理并最大限度满足从不同角度提出的要求，实现减轻结构重量、保证 结构刚度、降低应力水平、提高产品可靠性等多方面目标。针对一类高速数控龙门铣床关键结构件，为 减小切削力下机床的变形，采用拓扑优化技术对机床主轴滑枕零件从轮廓形外形到加强筋的位置、厚 度进行多层次优化。分析表明，拓扑优化后结构与原始结构相比，重量增加了3．6％，但变形减小了30％， 固有频率提高了29％，通过优化既提高了机床的精度，也提高了机床的动态性能，优化效果非常明显。 新产品开发中采用优化计算不但可以改变材料的分布，使好钢用在刀刃上，而且对创新设计思路起到 极大的推动作用。 关键词：结构优化；铣床 ；切削力；变形；频率；精度 ；动态性能 【Abstract】Structuraloptimizationcansynthesizeandsatisfytherequirementsuggestedfromdffierent na glestoachievereducedstructuralweight．ensurestructural rigidity黜 wellasreducestressna dimprove productreliability，nadSOon．Forthekeystructuralpartsofhigh-speedCNCmillingmachine，inorderto reducethedeformationunderthecuttingforce，topologyoptimizationwasappliedtooptimizethespindle rolnpratswithmulti-levelfromthelocationofthestiffenertothethickness．Analysisshowedthattheweight ofthetopoloyg optimizedstructureWq3increasedby3．6％comparedwiththeoriginalstructure．butdefor-- mationWasdecreasedby30％nadthenaturalfrequencyWas improvedby29％，whichnotonlyimproved theaccuracyofmachinetools，butalsoimprovedthedynamicperformanceofmachinetoolswithdistinct optimizationeffect．Innewproductdevelopment，optimizationCOItnotonlychnagethedistributionofm,oteri- alswiththepropermaterial beingpapliedproperly，whichplaysagreat roleinpromotinginnovativedesign ideas． KeyW ords：StructuralOptimiz