基于TOSCA的精密臥式加工中心關鍵大件拓撲優(yōu)化方法.pdf

1、天津大學碩士學位論文基于TOSCA的精密臥式加工中心關鍵大件拓撲優(yōu)化方法TheTopologyOptimizationMethodfortheKeyComponentsofPreciseHorizontalMachiningCenterBasedonTOSCA學科專業(yè)：扭越工猩作者姓名：韭：室天津大學機械工程學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構現(xiàn)多采用“框中框”結構，該結構剛度較高，可適應快速移動和進給的要求，

2、具有較高的速度和加速度。但現(xiàn)階段對機床結構的設計多采用傳統(tǒng)的設計方法，需要依賴大量的設計經(jīng)驗，缺乏一種高效、便捷的結構設計方法，因此運用高效的拓撲優(yōu)化方法對機床的關鍵結構件進行結構設計具有重要的意義?；濉⒅鬏S箱及立柱是精密臥式加工中心的關鍵結構件，屬于箱體結構件。它們對精密加工的性能起著決定性作用。而機床靜態(tài)特性和動態(tài)特性是評估機床性能的重要指標。良好的靜態(tài)特性可以保證機床的加工精度、表面加工質(zhì)量以及生產(chǎn)效率；良好的動態(tài)特性可以提高機

3、床的抗振性和穩(wěn)定性，因此提高機床的靜剛度和動剛度尤為關鍵和重要。同時，為節(jié)約制造成本，需實現(xiàn)機床結構的輕量化設計。本文主要工作如下：(1)提出了基于ABAQUS和TOSCA的箱體件的拓撲優(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初始優(yōu)化模型的設計區(qū)域，實現(xiàn)結構件的外輪廓拓撲優(yōu)化；基于外輪廓結構設計得N次拓撲優(yōu)化模型，在約束外輪廓的基礎上實現(xiàn)了結構件內(nèi)部筋板的拓撲優(yōu)化，最終得到一種新的結構設計方案。(2)對加工中心的關鍵結構件

4、滑板、主軸箱和立柱進行了力學分析。分析其在整機中的裝配位置關系和約束條件，依據(jù)主軸末端實際工作載荷，對其受力進行分解，最終得到加工中心結構件的力學分析模型。(3)運用有限元軟件ABAQUS和優(yōu)化軟件TOSCA的閉環(huán)設計，對滑板、主軸箱和立柱進行拓撲結構優(yōu)化，在靜動剛度均提高的情況下實現(xiàn)了輕量化設計。首先建立結構件的初始模型，以實際工作狀態(tài)為基礎，施加邊界條件和載荷工況，并對其進行靜力學和動力學分析，建立有限元模型：利用TOSCA對其進行