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V1600G 復(fù)合式鏜銑加工中心銑削橫梁結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)
閱讀：86 發(fā)布時(shí)間：2020-8-12
橫梁是鏜銑加工中心的關(guān)鍵承載部件，其剛度和固有頻率等特性會(huì)影響加工中心的銑削加工精度．憑借傳統(tǒng)的優(yōu)化方法和經(jīng)驗(yàn)很難保證承載部件合理的動(dòng)靜態(tài)特性和固有頻率，而結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化是一種在給定設(shè)計(jì)空間內(nèi)尋找材料分布的數(shù)學(xué)方法．通過(guò)該方法可得到體積更小且動(dòng)靜態(tài)更優(yōu)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案．當(dāng)前針對(duì)連體結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化研究大多屬于單目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化范疇，但在實(shí)際工程中會(huì)出現(xiàn)多個(gè)優(yōu)化需求共存的情況．
本文以 V1600G 鏜銑加工中心的橫梁為研究對(duì)象，結(jié)合實(shí)際工況，通過(guò) ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ建立和簡(jiǎn)化橫梁在多個(gè)工況下的模型；基于密度法并結(jié)合折衷規(guī)劃法和功效函數(shù)理論［１］，以三維模型網(wǎng)格劃分后每個(gè)單元的相對(duì)密度為設(shè)計(jì)變量，以一定體積分?jǐn)?shù)為約束條件，通過(guò) ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ 軟件分析，得到橫梁的材料分布圖；綜合橫梁的加工工藝等，設(shè)計(jì)出動(dòng)靜態(tài)特性更優(yōu)的 V1600G 鏜銑加工中心橫梁新結(jié)構(gòu)，以期提升其銑削加工精度．
１ V1600G 鏜銑加工中心結(jié)構(gòu)及其拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型
１．１ V1600G 鏜銑加工中心
V1600G 鏜銑加工中心是在國(guó)家８６３ 計(jì)劃支持下自主研發(fā)的產(chǎn)品，采用龍門(mén)式銑削結(jié)構(gòu)和臥式鏜削結(jié)構(gòu)結(jié)合的布局（圖１），具有一次裝夾、五面加 工的特點(diǎn)．橫梁屬于該加工中心重要的承載部件，承 載著主要銑削部件（如軸滑臺(tái)等）的重量，也是加工中心銑削時(shí)Ｙ 軸、Ｚ 軸方向運(yùn)動(dòng)的重要支撐部件， 其剛度和低階固有頻率直接影響整個(gè)加工中心銑削主軸的變形，間接影響加工的精度和效率［２］．因此，確定橫梁的固有頻率和動(dòng)靜態(tài)特性在橫梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中尤為重要．
１．２ 多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型
在實(shí)際工程中，單目標(biāo)優(yōu)化很難滿足需要，當(dāng)優(yōu)化目標(biāo)不時(shí)，需要進(jìn)行多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化，若其中各子目標(biāo)互不干擾，就容易得到解［３］；如果優(yōu)化目標(biāo)中至少兩個(gè)子目標(biāo)之間有沖突，即一個(gè)子目標(biāo)趨向其解的同時(shí)會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)子目標(biāo)偏離其解，為了解決這個(gè)問(wèn)題，就需要將每個(gè)具有不同度量單位的子目標(biāo)加權(quán)［４］．傳統(tǒng)的線性加權(quán)法并不能