关于HyperWorks数控车床主轴箱结构优化.pdf

· 机械制造 · 张乐平，等 ·基于HyperWorks的数控车床主轴箱结构优化 基于 HyperWorks的数控车床主轴箱结构优化 张乐平 ，刘壮 ，高长水 ，赵义顺 (1．南京航空航天大学 江苏省精密与微细制造技术重点实验室。江苏 南京 210016； 2．南京数控机床有限公司，江苏 南京 211100) 摘 要：以某型号数控车床主轴箱为对象，以仿真软件HyperWorks为平台，进行结构优化 优 化 目标是在保证主轴箱刚性和强度 以及模态的固有频率不降低的前提下，尽量减轻主轴箱的 质量，并寻求主轴箱材料更合理的分布。对主轴箱进行 了仿真静力和模态分析。基于变密度 法，以主轴孔变形量和前4阶固有频率为约束条件、以主轴箱体积最小为 目标函数 ．对主轴箱 进行 了结构拓扑优化 ，得到了新的主轴箱结构 关键词：数控车床 ；主轴箱；静力分析：模态；拓扑优化 中图分类号：TG519．1；TP391．9 文献标志码：B 文章编号：1671—5276(2015)04—0010．04 StructuralOptimizationofSpindleBoxforCNC LatheBasedonHyperW orks ZHANG Leping ，LIUZhuang ，GAO Changshui，ZHAO Yishun (1．JiangsuKeyLaboratoryofPrecisionandMicro—ManufacturingTechnology，NanjingUniversityofAeronautics Astronautics，Nanjing210016，China；2．NanjingCNCToolMachineCo．，Ltd．，Nanjing211100，China) Abstract：ThispaperfocusesattentiononthestructuraloptimizationofspindleboxforCNC lathewithHyperWorkssystem．Its purposeistoreducethetotalweightofspindleboxandseekmorereasonabledistributionofmateria1．Inthemeantime，itsstiff— ness，strengthandlow naturalfrequenciesremainunchanged．Itsstaticandmodalanalysesaredone．Basedonvariableden· sitymethod．mathematicalmodeloftopologicaloptimization isbuiltbyconstraintsofspindlehole’Sdisplacementsandfour Iowe-ordernaturalfrequencies，andthentheminimumvolumeisusedasobjectivefunctiontoobtainanewstructureofthe spindlebox． Keywords：CNClathe；spindlebox；staticanalysis；modal；topologicaloptimization 不是全局最优的结果。而拓扑优化可以在零件结构方案 0 引言 设计阶段给材料合理布局，在零件给定的外载荷和边界条 件下 ，通过改变结构拓扑使结构达到最优。 数控机床具有加工精度高．品质稳定，生产效率高，经 现运用仿真优化软件 HyperWorks中OptiStruct模块 济效益好等优势，为了保证这种高精度、高效率的加工，数 的拓扑优化功能，对某型号数控车床主轴箱进行结构优 控机床对 自身的结构也有很高的要求。由于数控机床经 化。对主轴箱进行静力和模态分析，了解其静动态性能。 常在高速和重载切削条件下连续工作 ，因此机床的