立式加工中心支承系统敏感性分析及其结构设计*

马雅丽，冯　潇

(大连理工大学 机械工程学院，辽宁 大连　116024)



立式加工中心支承系统敏感性分析及其结构设计*

马雅丽，冯潇

(大连理工大学 机械工程学院，辽宁 大连116024)

摘要：为了高效溯源出机床支承系统的刚性薄弱环节，提出了敏感性分析基础上面向支承系统加工精度的结构设计方法。基于敏感性分析结果，以支承系统加工精度影响明显的立柱为例进行了拓扑优化设计，提出了以静态应变能与静动组合应变能为优化目标响应的壁板与结构单元设计。在此基础上，将该机床的刀尖最大变形量作为优化设计的目标，兼顾支承系统的质量与固有频率，建立了支承系统中涉及立柱外壁板和结构单元的尺度优化设计方法。最后，立式加工中心支承系统在保证质量相对不变的条件下，对比分析了新设计方案与原方案的性能，其结果刚性提高了5%~11%，验证了支承系统敏感性分析方法及结构设计的有效性。

关键词：加工中心；支承系统；敏感性分析；拓扑优化；尺度优化

0引言

机床结构设计方法主要通过传统设计及改进、优化设计法、仿生法以及替换传统材料等达到机床性能的最佳化[1],而如何将现代科学技术应用于机床的设计开发、分析评估、改进优化是当前研究机床结构设计的关键问题之一。

目前机床结构优化设计的研究主要包括以下两个方面：一方面基于有限元分析的机床结构拓扑优化，在生成的概念模型基础上进行尺寸和形貌的局部设计[2-3]；……