基于TOSCA的精密臥式加工中心關(guān)鍵大件拓?fù)鋬?yōu)化方法.pdf

1、天津大學(xué)碩士學(xué)位論文基于TOSCA的精密臥式加工中心關(guān)鍵大件拓?fù)鋬?yōu)化方法TheTopologyOptimizationMethodfortheKeyComponentsofPreciseHorizontalMachiningCenterBasedonTOSCA學(xué)科專業(yè)：扭越工猩作者姓名：韭：室天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院二零一五年十二月一=琶一直年T一月摘要精密臥式加工中心結(jié)構(gòu)現(xiàn)多采用“框中框”結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)剛度較高，可適應(yīng)快速移動(dòng)和進(jìn)給的要求，

2、具有較高的速度和加速度。但現(xiàn)階段對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)多采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，需要依賴大量的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，缺乏一種高效、便捷的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，因此運(yùn)用高效的拓?fù)鋬?yōu)化方法對(duì)機(jī)床的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有重要的意義?；?、主軸箱及立柱是精密臥式加工中心的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件，屬于箱體結(jié)構(gòu)件。它們對(duì)精密加工的性能起著決定性作用。而機(jī)床靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性是評(píng)估機(jī)床性能的重要指標(biāo)。良好的靜態(tài)特性可以保證機(jī)床的加工精度、表面加工質(zhì)量以及生產(chǎn)效率；良好的動(dòng)態(tài)特性可以提高機(jī)

3、床的抗振性和穩(wěn)定性，因此提高機(jī)床的靜剛度和動(dòng)剛度尤為關(guān)鍵和重要。同時(shí)，為節(jié)約制造成本，需實(shí)現(xiàn)機(jī)床結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)。本文主要工作如下：(1)提出了基于ABAQUS和TOSCA的箱體件的拓?fù)鋬?yōu)化方法。首先在滿足裝配邊界條件的情況下最大限度地放開(kāi)初始優(yōu)化模型的設(shè)計(jì)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)件的外輪廓拓?fù)鋬?yōu)化；基于外輪廓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得N次拓?fù)鋬?yōu)化模型，在約束外輪廓的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)件內(nèi)部筋板的拓?fù)鋬?yōu)化，最終得到一種新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。(2)對(duì)加工中心的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件

4、滑板、主軸箱和立柱進(jìn)行了力學(xué)分析。分析其在整機(jī)中的裝配位置關(guān)系和約束條件，依據(jù)主軸末端實(shí)際工作載荷，對(duì)其受力進(jìn)行分解，最終得到加工中心結(jié)構(gòu)件的力學(xué)分析模型。(3)運(yùn)用有限元軟件ABAQUS和優(yōu)化軟件TOSCA的閉環(huán)設(shè)計(jì)，對(duì)滑板、主軸箱和立柱進(jìn)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化，在靜動(dòng)剛度均提高的情況下實(shí)現(xiàn)了輕量化設(shè)計(jì)。首先建立結(jié)構(gòu)件的初始模型，以實(shí)際工作狀態(tài)為基礎(chǔ)，施加邊界條件和載荷工況，并對(duì)其進(jìn)行靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，建立有限元模型：利用TOSCA對(duì)其進(jìn)行