变载荷铣削力影响下的加工中心床身结构优化设计

发布时间：2020-12-20 22:30

　　针对加工中心工作过程中变载荷铣削力对床身结构性能的影响问题,对加工中心床身的材料密度分布以及构成床身的基本结构单元尺寸进行了研究。提出了以床身低阶固有频率和最小柔度为目标,体积分数为约束条件的多目标拓扑优化设计方法;采用折中规划法结合平均频率法,构建了变载荷铣削力影响下的多目标拓扑优化数学模型;依据变密度法拓扑优化指导的材料去除方案,获得了加工中心床身的最佳结构布局;同时结合经过优化的拉丁超立方采样,构造了单元标准二阶响应面,使用多目标遗传算法对床身进行了多目标尺寸优化。研究结果表明:优化后床身固有频率增加16.9%,床身质量减少17.4%,最大变形量降低14.4%,最大应力降低18.8%;该优化方案使加工中心床身的结构布局更加合理,实现了轻量化设计。 

【文章来源】：机电工程. 2020年09期 北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

变载荷铣削力分力及其传递路径

加工中心铣削加工时,按照工作台的不同位置来划分加工中心的不同工况,如图2所示。图2中,工况一:工作台位于导轨的左端的极限位置;工况二:工作台位于导轨中间位置;工况三:工作台位于导轨右侧极限位置。

床身的三维模型和有限元模型如图3所示。图3中,床身的材料为HT200,弹性模量为148 GPa,泊松比为0.26,密度为7 200 kg/m3,床身质量为993.7 kg;床身长1 968 mm,宽1 290 mm,高456 mm,壁厚16 mm;床身内部设计有不同位置的加强筋厚度为16 mm,筋板与外壁均设计有出砂孔。

【参考文献】：
期刊论文
[1]多功能智能轮椅背部支起机构优化设计[J]. 邢坤,程武山.  轻工机械. 2019(05)
[2]不确定因素影响下的机床支承件多目标稳健性设计[J]. 马雅丽,徐涛,钱峰.  计算机集成制造系统. 2017(03)
[3]60MN力标准机承压板结构多目标拓扑优化研究[J]. 崔争争,杨晓翔.  机电工程. 2016(09)
[4]基于Epsilon算法加速的导重法拓扑优化求解研究[J]. 张昆鹏,吴晓明.  机电工程. 2016(05)
[5]基于瞬时铣削力的球头铣刀铣削力系数辨识[J]. 黎柏春,王振宇,王国勋,王宛山.  东北大学学报(自然科学版). 2016(05)
[6]基于SIMP理论的衡器载荷测量仪悬臂梁拓扑优化研究[J]. 陈垂福,蓝双,杨晓翔,梁伟,韦铁平,姚进辉.  机电工程. 2016(04)
[7]拓扑优化的数控车削中心床鞍轻量化设计[J]. 马雅丽,赵二鑫,赵宏安,孙守林.  机械设计与研究. 2011(03)
[8]基于灵敏度分析的机床轻量化设计[J]. 郭垒,张辉,叶佩青,段广洪.  清华大学学报(自然科学版). 2011(06)
[9]基于响应面法的立式加工中心动静态多目标优化[J]. 姜衡,管贻生,邱志成,张宪民,陈忠,许冠.  机械工程学报. 2011(11)
[10]基于拓扑优化的机床立柱筋板改进[J]. 饶柳生,侯亮,潘勇军.  机械设计与研究. 2010(01)

博士论文
[1]五轴机床误差的铣削加工测量方法[D]. 胡维鑫.浙江大学 2018



本文编号：2928666