段朋云,　丁晓红

(1.上海理工大学 公共实验中心,上海　200093;2.上海理工大学 机械工程学院,上海　200093)



基于等效静态载荷理论的机床运动部件轻量化设计

段朋云1,丁晓红2

(1.上海理工大学 公共实验中心,上海200093;2.上海理工大学 机械工程学院,上海200093)

摘要：为保证机床的加工精度和切削效率,机床的运动部件需要较高的刚度和较轻的质量.以某型号磨床的主轴箱为研究对象,建立包含主轴箱、电主轴磨头和滚珠丝杠等部件的有限元柔性多体动力学模型,运用等效静态载荷理论将柔性多体动力学分析与静态结构优化理论相结合,采用拓扑优化技术对主轴箱进行轻量化设计.与传统静态载荷下的主轴箱结构拓扑优化设计相比,该方法更适用于机床运动部件的结构轻量化设计,优化后的主轴箱结构在保证静动态性能的前提下质量减轻8.5%.

关键词：机床运动部件; 等效静态载荷; 轻量化; 结构拓扑优化

主轴箱是高速高精密机床的关键部件,主要用于安装机床主轴及其传动部件,要求其具有较高的刚度以保证加工精度,同时能够实现高速进给、快速换向和稳定切削.这就要求在切削运动中快速移动的主轴箱有较轻的质量,以减少运动惯性和变形,因此在满足刚度的条件下对主轴箱进行轻量化设计具有重要意义.

韩江等[1]通过有限元软件建立了主轴箱的有限元计算模型,并对其进行静动态特性分析,结果表明,主轴箱的刚度和强度较好,一……