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基于拓?fù)鋬?yōu)化的龍門銑床立柱輕量化設(shè)計(jì)
閱讀：181 發(fā)布時(shí)間：2020-8-10 立柱結(jié)構(gòu)是加工中心的主要組成部分，其剛度性能直接影響到加工中心的加工精度。立柱主要是對橫梁和主軸箱起到支撐作用，滿足主軸的 Z 向運(yùn)動。目前普遍采用雙立柱框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式，大中型的移動立柱固定于滑座上。立柱是連接床身與主軸、刀庫的重要部件，其設(shè)計(jì)必須得到重視。本文在 HyperMesh 中建立了GSLM3308 龍門銑床的立柱結(jié)構(gòu)有限元模型，使用 OptiStruct 軟件對立柱進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果確定外部和內(nèi)板加強(qiáng)肋合理布局，提高立柱性能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)。
1 拓?fù)鋬?yōu)化
拓?fù)鋬?yōu)化是一種根據(jù)給定的負(fù)載情況、約束條件和性能指標(biāo)，在給定的區(qū)域內(nèi)對材料分布進(jìn)行優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法。與傳統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)不同的是，拓?fù)鋬?yōu)化不需要給出參數(shù)和優(yōu)化變量的定義，目標(biāo)函數(shù)、狀態(tài)變量和設(shè)計(jì)變量都是預(yù)定義好的，用戶只需要給出結(jié)構(gòu)參數(shù)（材料特性、模型、載荷等）和要省去的材料百分比。拓?fù)鋬?yōu)化的目標(biāo)是在滿足結(jié)構(gòu)約束的情況下減少結(jié)構(gòu)的變形能，相當(dāng)于提高結(jié)構(gòu)的剛度。
拓?fù)鋬?yōu)化的研究領(lǐng)域主要分為連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化和離散結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化。連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化是把優(yōu)化空間的材料離散成有限個(gè)單元（殼單元或者體單元），離散結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化是在設(shè)計(jì)空間內(nèi)建立一個(gè)由有限個(gè)梁單元組成的基結(jié)構(gòu)，
質(zhì)量為 3.38 t，頂部大的變形為 0.84 mm，變形比較大，表明立柱剛度不足，需要對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使剛度提高、重量減輕。
然后根據(jù)算法確定設(shè)計(jì)空間內(nèi)單元的去留，保留下來的單元即構(gòu)成終的拓?fù)浞桨福瑥亩鴮?shí)現(xiàn)拓?fù)鋬?yōu)化。
目前，拓?fù)鋬?yōu)化在機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用[1-5]。本文采用拓?fù)鋬?yōu)化法對加工中心的立柱進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。