基于拓扑优化的高速精密数控车床床鞍设计

作     者：段明德 李言 顾佳佳 张壮雅 DUAN MingDe;LI Yan;GU JiaJia;ZHANG ZhuangYa

作者机构：西安理工大学机械与精密仪器工程学院西安710048 河南科技大学机电工程学院洛阳471003 

出 版 物：《机械强度》 (Journal of Mechanical Strength)

年 卷 期：2017年第39卷第2期

页      面：316-320页

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 0701[理学-数学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家科技重大专项(2012ZX04005-021 2011ZX04002-132)资助~~ 

主　　题：床鞍 结构设计 固有频率 拓扑优化 

摘      要：为满足现代数控机床的高精度、高效率、高速度要求,提高机床基础部件的静、动态性能及轻量化设计,基于有限元拓扑优化方法,以ADGM高速精密数控机床关键部件床鞍为对象,对其结构进行了优化设计。首先基于变密度法建立以床鞍质量为目标函数,静刚度和固有频率为约束的拓扑优化数学模型,然后依据拓扑优化结果获得床鞍最佳结构布局;最后在床鞍最佳布局基础上,按照真实设计需求形成工程设计方案,并完成床鞍的整体设计。结果表明,与原有设计方案相比,新设计方案在床鞍质量减少13%的情况下,最大位移降低幅度超过6%,床鞍一阶固有频率提高8%,床鞍二阶固有频率提高7%,床鞍三阶固有频率提高6.7%。验证了上述方法的有效性,为机床基础部件设计提供了理论依据。