[发明专利]一种机床床身结构优化设计方法

摘要

本发明公开了一种机床床身结构优化设计方法，包含有如下步骤：机床床身壁厚及筋板几何尺寸多目标优化步骤；机床床身拓扑优化步骤；机床床身结构综合优化分析步骤。其中机床床身壁厚及筋板几何尺寸多目标优化包含如下步骤：建立床身参数化模型；确定边界条件；确定设计变量、约束条件及目标函数，建立优化设计模型；修改床身壁厚及筋板尺寸。其中机床床身拓扑优化包含如下步骤：建立床身几何模型；确定边界条件；确定拓扑优化目标，建立拓扑优化模型；修改床身结构。本发明，改变了传统的机床床身优化设计方法，改善了其动静刚度特性，降低制造成本。可广泛应用于各类机床支承件结构的优化设计。

主权项

一种机床床身结构优化设计方法，其特征在于，包含下述步骤：1)机床床身壁厚及筋板几何尺寸多目标优化步骤；2)机床床身拓扑优化步骤；3)机床床身结构综合优化步骤；其中机床床身壁厚及筋板几何尺寸多目标优化步骤包含如下步骤：1)在三维软件中利用机床床身二维图纸建立其三维几何模型，设定参数变量，基于特征参照建立床身参数化模型，需要参数化的尺寸包括床身壁厚、床身两侧面筋板厚度、床身导轨正下方纵向筋板厚度、床身导轨之间筋板厚度和床身筋板高度；2)利用三维建模软件和有限元软件无缝接口，将参数化模型导入有限元软件中；3)依据床身材料设定其有限元模型的弹性模量、泊松比和密度；依据机床床身实际安装位置，在地脚螺栓台阶面上施加固定约束；基于整机载荷传递图确定载荷边界条件，分解出床身承受的载荷位置和大小，对其有限元模型施加载荷约束；4)对模型进行网格划分，设定结构静力学分析的显示结果为变形和等效应力，设定模态分析的显示结果为前六阶固有频率，求解有限元模型；5)在有限元软件的参数管理器中，设定各个设计变量的变化范围，并设定床身质量、最大变形、最大等效应力和一阶、二阶固有频率为目标函数，利用实验设计建立优化分析实验样本点，从而建立多目标优化模型；6)对各个样本点进行求解，设定目标函数的重要程度，利用软件选择出最优设计值，依据优化结果修改床身壁厚及筋板尺寸；其中机床床身拓扑优化步骤包含如下步骤：1)在三维软件中利用机床床身二维图纸建立其三维几何模型；2)利用三维建模软件和有限元软件无缝接口，将三维几何模型导入有限元软件中；3)依据床身材料设定其有限元模型的弹性模量、泊松比和密度；依据机床床身实际安装位置，在地脚螺栓台阶面上施加固定约束；基于整机载荷传递图确定载荷边界条件，分解出床身承受的载荷位置和大小，对其有限元模型施加载荷约束；4)对模型进行网格划分，设定拓扑优化目标百分比，从而建立拓扑优化模型；5)求解有限元模型，基于拓扑优化结果修改床身结构，将伪密度材料去除；利用床身壁厚和筋板几何尺寸多目标优化结果和拓扑优化结果修改床身结构，分析其动静特性。