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· 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
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