基于ICM拓扑优化的加工中心床身轻量化设计.pdf

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1、2014年7月机床与液压Ju1．2014第42卷第13期MACHINETOOL&HYDRAULICSVol_42No．13DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2014．13．033基于ICM拓扑优化的加工中心床身轻量化设计任帅，宋冬冬(1．兰州理工大学能源与动力工程学院，甘肃兰州730050；2．西安交通大学机械工程学院，陕西西安710049)摘要：为实现高速卧式加工中心床身的轻量化设计，以床身的质量最小化为目标，提出了基于ICM方法的拓扑优化模型。分别对床身进行了二维、三维拓扑轻量化设计，并对设计结果进行了可制

2、造化处理，给出了床身优化后的仿真模型。基于有限元理论对新床身进行静动态性能分析。结果表明，在新床身具有良好的静动态性能的前提下，新床身比原床身质量减少了13％，实现了加工中心床身的轻量化设计。关键词：ICM方法；拓扑优化；轻量化设计；加工中心床身中图分类号：TH123文献标识码：A文章编号：1001—3881(2014)13—130—5Weight-reductionDesignforMachiningCenterBedBasedonICMTopologicalOptimizationRENShuai．SONGDongdong(1．S

3、choolofEnergyandPowerEngineering，LanzhouUniversityofTechnology，LanzhouGansu730050。China：2．SchoolofMechanicalEngineering，Xi’anJiaotongUniversity，Xi’anShaanxi710049，China)Abstract：Inordertorealizeweight—reductiondesignofhigh—speedhorizontalmachiningcenterbed，topologicalop

4、timizationmodelbasedonICMmethodwasproposedwithaviewtominimizethemassofthebed．The2Dand3Dtopologyweight—reductionde—signforthebedwererespectivelygiven，andmanufacturabilityprocessforthedesignresultsandthesimulationmodelofthebedafteroptimizationweregiven．Staticanddynamicper

5、formanceanalysesforthenewbedweregivenbasedonfiniteelementmethod(FEM)．Theresultsshowthattheweightofthenewbedreduces13％thantheoldbedinpremisesofthenewbedwithgoodstaticanddynamicperformance，whichcanrealizetheweight—reductiondesignofthemachiningcenterbed．Keywords：ICMMethod；

6、Topologicaloptimization；Weight—reductiondesign；Machiningcenterbed在机床产品的设计过程中，机床整机的性能通常由于ICM方法可避免拓扑变量依赖于尺寸或形状参以牺牲机床质量为代价来保证，阻碍了材料性能的发数信息，且具有优化效率高，模型求解简单易行，挥，增加了机床的制造费用。因此，将结构轻量化理便于实际工程应用等优点。因此，本文作者以床身念引入产品设计过程，对降低机床厂家的制造成本具的质量最小为优化目标，采用ICM拓扑优化方法对有重要意义。机床床身作为数控机床的重要组成部高速卧

7、式加工中心床身进行轻量化设计。优化结果分，也是机床中质量最重的部件，具有较大的轻量化表明该方法可有效降低床身的质量，说明了方法的空间。因此，研究机床床身的轻量化设计方法，对实可行性。现机床整机的轻量化意义重大。1基于ICM拓扑优化的数学模型结构的拓扑优化是实现产品轻量化设计的主基于ICM拓扑优化的加工中心床身轻量化设计，要方法之一，其在实现结构优化的同时需保证结构的其优化模型或数学模型可描述为：静动态性能及产品的可制造性达到最优。常见的结构以床身质量最小为优化目标，即min(W=拓扑优化方法有ICM方法-5](独立连续映射模型方∑L(

8、x)0)，求=(⋯)。法)、变厚度法]、变密度法和均匀化方法“。=1收稿日期：2013—05—27基金项目：国家重大数控专项资助(2010ZX04001-032)作者简介：任帅(1989一)，男，本科生，主要从事数字化设