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    龙门加工中心滑枕优化设计

    来源:本站   发布时间:2018-11-14   点击量:286

    滑枕外部与其它零件装配面比较多,主要包括主轴箱滑块安装面、滑枕上下滑块安装面、电机安装面,在拓扑优化中将这些面分离出来作为非优化区,以保证优化后的结构能够与其他零件正常装配。滑枕内部结构应设计成筋板结构,在保证强度和刚度足够的条件下减轻滑枕的重量。

    龙门CNC对外加工



    在建立滑枕优化模型时,需要对滑枕结构进行模型简化,利用对称性简化滑枕,取一半模型进行优化,去除模型中不必要的结构,采用均匀化网格,网格大小能完全体现模型特征。滑枕主要材料特性有弹性模量2.1×105 MPa、泊松比 0.3、密度 7.9×10-9 t/mm3。在Hyperworks 软件中导入模型,结合实际装配要求,把滑枕的模型分为设计区域与非设计区域两部分。

    对设计区域,其结构包络原始结构的布置空间,使材料在此空间内按优化要求可以重新分布; 对于非设计区域, 其结构形式与外形均不改变。选取实体单元对设计区域与非设计区域划分网格, 网格大小为 20 mm,单元总数目为 66 258。

    目前常用的连续体结构的拓扑优化方法有变厚度法、变密度法及均匀化方法。

    变厚度法:以单元厚度为设计变量,通过删除厚度处于尺寸下限的单元实现结构拓扑的变更,避免均匀化方法中构造微结构的麻烦,因此可以较为方便地解决平面拓扑优化问题,但无法运用于三维结构中。

    变密度法:定义取值范围为[ 0,1] 的相对密度μ,将优化目标用相对密度μ的显性函数表示,然后运用数学规划法或优化准则法求解。由于优化过程中不直接删除材料,对于具有中等大小相对密度的单元,是否删除就变得难以抉择。

    均匀化法:在拓扑优化中引入所谓微结构,该方法以空孔尺寸为设计变量,以空孔尺寸的消长实现微结构的增删,从而改变结构拓扑。均匀化方法是比较流行的方法, 拓扑优化后单元的密度值是介于0~1 之间的连续值,得到的是一种比较模糊的拓扑结构。

    拓扑优化获得的最优拓扑结构形式只考虑到结构的强度,还需要在拓扑优化的基础上根据制造工艺、装配关系等设计要求重新设计新结构。拓扑优化在机床的结构设计中已经得到广泛应用。滑枕通常一次成型,属于连续体结构,其刚度性能直接影响到机床的加工精度。因此,本文采用拓扑优化方法对加工中心的滑枕进行优化设计。

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