MM52160龙门导轨磨床立柱的拓扑优化

2014-04-21母德强杨君

机械工程师 2014年2期

母德强，杨君

（长春工业大学机电工程学院，长春130012）

0 引言

随着工程机械、轨道交通、能源、航空航天等行业的快速发展，大、重型机械零部件被大量应用于关键装备制造产品上。龙门导轨磨床用于工件的平面、斜面、底面等的磨削，适用于各类床身、模板、平板等的磨削精加工。在重型装备制造业领域发挥着重大作用［1］。

传统的设计方法采用的是类比法，将单个的结构单元扩展到整个立柱结构上去，出现了诸如井字筋等方法，此类方法都属于经验法。虽然能够快速、有效地设计出立柱结构，但是对于日趋苛刻的机床性能要求以及不断提高的机床动、静刚度及成本、外形等方面的需求，仅利用传统设计方法所设计出的立柱结构越来越不能满足设计需求，因此引入更加精细、准确的设计方法，使设计的产品为今后的设计工作提供更加有效的参考，则需引入新的定量化设计方法。有限元方法就针对此类设计提出了良好的设计方案［2］。

利用有限元软件Hyperworks（以下简称HM）对龙门导轨磨床的立柱进行拓扑优化，应用Optistruct（以后简称OS）求解器，以体积为原来的85%为约束，使得应变能力最小为目标函数建立有限元模型。拓扑优化过程采用的是密度法拓扑优化理论对龙门导轨磨床进行轻量化设计，不但提高其第1阶的固有频率和减少其静态位移，同时使得使用的材料减少，以达到降低成本保证性能的要求［3］。