铣车复合加工中心立柱高比刚度效能仿生设计研究*

谢黎明 ，杨忠泮 ，靳 岚，宋 博

(兰州理工大学 a.数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室；b.机电工程学院，兰州 730050)

铣车复合加工中心立柱高比刚度效能仿生设计研究*

谢黎明a,b，杨忠泮b，靳 岚a,b，宋 博b

(兰州理工大学 a.数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室；b.机电工程学院，兰州 730050)

针对某型铣车复合加工中心立柱的轻量化问题，文章基于仿生设计原理和方法，在分析铣车复合加工中心立柱工作载荷的基础上，从空茎植物的力学与构型特性出发，以高比刚度结构效能为目的，对立柱内部结构进行仿生设计。通过对仿生型立柱进行静力和模态仿真分析，其结果表明，仿生型立柱的质量减轻，比刚度结构效能得到较大提高，其静动力学性能也有显著改善。

铣车复合加工中心；立柱；比刚度结构效能；仿生设计

0 引言

本文以铣车复合加工中心立柱为研究对象，从结构仿生的设计原理出发，以提取空茎植物的构型特性为依据，以立柱工作载荷计算结果为条件，并以机床立柱达到高比刚度效能为目的，对铣车复合加工中心立柱的内部进行了结构仿生设计，并对优化后立柱结构进行静力和模态仿真分析，为机床支承件结构设计提供了新的思路。

1 立柱结构仿生设计

动物的骨骼、植物的枝条根茎等“生物支架”，充分体现了自然进化的最优结构，以最少的材料承受最大的载荷，从而获得结构效能最大值[1-2]。空茎植物具有最优的力学性能，其结构特征主要表现为：硬质材料集中在外面，中间为松软状物质，同时表层组织的弹性模量大于沿纵向周向而又远大于内部组织，而弹性模量对于结构的高比刚度效能起到关键性作用。……