微切削测力平台的弹性体结构拓扑优化设计和模态实验研究

王明强，纪飞飞，王国良，刘志强

(江苏科技大学 机械工程学院, 镇江 212003)

微切削加工过程中,切削力是影响零件加工质量以及刀具磨损速率的主要因素,切削力的每一次变化都直接反应切削状态的变化[1]．微切削测力仪是微切削加工中切削力测量装置,能够对刀具加工过程中的状态进行实时检测,其弹性体结构设计对平台整体的测量精度、灵敏度以及强度都有着重要影响[2]．在微切削加工过程中，切削力变化幅值较小,无法用结构笨重的大型测力仪进行测量．目前常用的小型测力平台的弹性体结构均根据传统经验进行设计,只考虑了结构刚度要求,没有充分考量加工时的切削力传递方式,实际测量过程中，导致应变片粘贴位置与切削力变化时应力传递路径不一致,降低测量精度和灵敏度．此外,由于是在微切削加工环境下测量,整个测力平台的震动频率对测量结果影响明显．

对于弹性体结构的优化设计,传统经验方法已经无法满足要求,而目前广泛应用于船舶制造业、航空、汽车、机械以及工程结构等行业的拓扑优化方法可以有效解决这一难点[3]．拓扑优化是结构优化的一种,根据不同研究领域可以将拓扑优化分为离散和连续两种形式[4]．其中连续体拓扑优化中较为常用的两种优化方法为均匀法和变密度法．均匀法指将单元引入拓扑优化的目标区域内,改变不同单元的尺寸数值,实现优化目标结构的增减,最……