VHT800立式车铣加工中心立柱结构静动态优化及轻量化设计.pdf

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1、第3期组合机床与自动化加工技术NO．32011年3月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueMar．2011文章编号：1001—2265(2011)03—0011—05VHT800立式车铣加工中心立柱结构静动态优化及轻量化设计马超，马雅丽，赵宏安，王德伦(1．大连理工大学机械工程学院，辽宁大连116024；2．大连机床(数控)股份有限公司数控机床研究所，辽宁大连116620)摘要：研究了VHT800立式车铣加X-．中心立柱结构的静动态优化及轻量化设计方法，解决了企业经验设计结构存在的静、动态性

2、能不足以及结构过于笨重的问题。首先基于机床实际典型工况下的立柱载荷及边界条件，运用拓扑优化技术建立了体积约束下的立柱结构多工况静态性能和动态性能多目标拓扑优化概念模型；然后对概念模型进行结构刚度设计及工艺设计。最终为企业提供了新的立柱结构方案，该方案的结构刚度和一阶固有频率比经验设计结构分别提高了13．6％和17．1％，同时质量减轻了9．7％，表明该设计方法能够有效提高机床立柱结构静、动态性能并实现结构轻量化设计。关键词：立柱结构；多目标拓扑优化；刚度设计中图分类号：TG65；TH122文献标识码：AStatic-·DynamicOptimizatio

3、nandLight-WeightDesignoftheColumnStructureonVHT800VerticalTurning——MillingMachiningCenterMAChao，MAYa—li，ZHA0Hong—an，WANGDe—lun(1．SchoolofMechanicalEngineering，DalianUniversityofTechnology，DalianLiaoning116024，China；2．InstituteofCNCMachineTools，DalianMachineTool(NC)Co．Ltd．，Dalian

4、Liaoning116620，China)Abstract：Thestatic-dynamicandlight—weightdesignmethodforthecolumnstructureofVHT800verticalturning-millingmachiningcenterhasbeenstudied，whichsolvestheproblemthatthetraditionaldesignstructureistooheavyandwithpoorstatic-dynamicperformance．Basedontheboundarycond

5、itionsandloadsontypicalworkingconditionsofthemachinetool，theconceptualmodelofthecolumnstructureisestablishedbymeansoftopologyoptimizationtechnique．Inthisoptimization，amulti-objectiveproblemsubjectedtovolumeconstraintiscarriedoutwhichconsidersboththestaticperformanceonmultipleloa

6、dcasesandthedynamicperformanceofthecolumnstructure．Furtherrigiditydesignandtechnologicalde-signaredonetotheconceptualmode1．Ahigh—performancecolumnstructureisdesigned，anditsstiffnessandfirst—ordernaturalfrequencyimproves13．6％and17．t％respectivelyandalsowith9．7％massre—ductioncompar

7、edwiththetraditionaldesignone．Resultsindicatethatthedesignmethoddiscussedinthispaperiseficientonthestatic-dynamicandlight-weightdesignofthemachinetoolcolumn．Keywords：columnstructure；multi-objectivetopologyoptimization；rigiditydesign必要的设计依据。然而，由于实际中各类机床的切O引言削加工条件及每台机床的设计需求定位不同，传统

8、机床大型基础结构件的静动态刚度对机床整机的经验设计方法最终可能导致精密机床结构刚度不性能有很大