GMCU2060龙门加工中心横梁的结构优化设计

刘甚宏， 关英俊， 张力锋， 李想

（长春工业大学机电工程学院，长春130012）

0 引言

近年来，龙门加工中心和数控龙门铣床是能源、船舶、汽车、航空航天、工程机械等行业不可缺少的加工设备，在重型装备制造业领域更是发挥着极其重要的作用。横梁是龙门加工中心的关键部件，它承载了十字滑枕、主轴箱、滑座等关键部件的重力和机床工作时产生的切削力，其动静态刚度的大小会对龙门铣床的加工精度产生直接的影响［1］。因此在对横梁结构进行分析设计的过程中既要保证其具备足够高动静态刚度，同时也要尽可能地减小其质量。采用传统的经验和类比设计方法虽然也能够快速、有效地设计出横梁结构，但仅利用传统的设计方法所设计出来的横梁结构已经越来越不能够满足日趋苛刻的机床性能以及日趋提高的机床动、静态刚度及成本、外形等方面的要求，因此引入更加精细、准确的结构优化方法，如形状优化、尺寸优化、拓扑优化等，使设计的产品为今后的设计工作提供更加有效的参考［2］。本文基于HyperWorks平台，对龙门加工中心横梁结构采用了变密度结构拓扑优化和尺寸优化相结合的结构优化方法，实现了完整的三维结构设计，所做的研究对后续工作具有一定的指导意义。

1 有限元法及拓扑优化

近年来，有限元法在工程中得到广泛应用的，伴随着计算机和有限元技术的发展，出现了很多商业有限元分析软件，如 HyperWorks，ANSYS，NASTRAN，I-DEAS，ABAQUS，ASKA等。本文就是基于HyperWorks软件进行的拓扑优化。……