关于多目标数控铣镗床床身优化研究.pdfVIP

· 现代设计与先进制造技术 · 张 强 志 李晓园等 基于多 目标的数控铣…… 43 基于多 目标的数控铣镗床床身优化研究 张 强，尹志宏，李晓园，徐 凯，张明旭 (昆明理工大学 机 电工程学院，云南 昆明 650093) 摘要：为了提高某大型数控铣镗床床身的性能，运用现代设计方法对该床身结构的设计变量进行 了多 目标优化 。在分析床身结构特点的基础上，以质量和一阶固有频率为 目标建立 了床身结构 优化数学模型，在Pm／E中实现床身结构三维模型的全参数化建模，应用主要 目标法将多 目标数 学模型转化为单 目标数学模型，使用ANSYSWorkbench软件对转化后的数学模型进行了优化计 算，优化计算结果有效地减轻了床身质量，提高了床身的一阶固有频率。 关键词：床身；参数建模；多 目标优化；ANSYSWorkbench；Pro／E 中图分类号：TH12 文献标识码 ：A 文章编号：1672—1616(2012)15—0043—04 近年来 ，随着计算机技术的进一步发展和优化 理论的逐渐完善，对设计出的机械结构进行优化分 析成为了提高产品性能、降低研发成本的重要途 径。机床床身是机床的重要基础部件，其性能的好 坏直接影响机床 的整体性能_】一 。目前，国内相当 一 部分的机床结构优化设计仍然停留在方案比较 和选择上 ，这种优化具有一定 的局 限性和盲 目性 ； 图1 床 身整体结构 图 另一方面，国内针对特定结构开展的基于全参数多 际使用中是符合使用要求的。因此，要想使该床 目标优化的相关研究还较少。因此，本文在分析某 身性能更进一步提高，就需对床身原有的性能指标 大型数控铣镗床床身特点的基础上，建立了该床身 进行评价，从而为优化提供有力依据。经过施加正 全参数优化模型，进行了多 目标优化，并利用 AN． 确边界条件和约束，应用 ANSYSWorkbench软件 SYSWorkbench进行了优化计算，从而达到较大幅 进行有限元分析，可得到床身一阶固有频率、静力 度地提升机床综合性能的目的。 最大变形等数据，数据将在表 1中列出，具体分析 过程及更多相关数据详见参考文献 [1]。 1 机床床身特点 要对原设计床身进行优化，首先要搞清楚其内 2 优化分析 部结构及原有各性能指标，从而为正确参数化和优 2．1 确定优化要素 化打下 良好的基础。 对床身特点进行分析后，就要确定床身的优化 1．1 床身结构及 内部板筋布局 要素 ，进而为建立优化数学模型打下基础。由优化 该床身为灰铸铁铸造而成，外部为长方体结 的基本理论得知，确定的优化要素包括 3个方面： 构，如图 1所示。该床身内部为纵横交错板筋结 确定设计变量、构造 目标函数、提出约束函数 。 构，由3条纵 向板筋和9条横 向板筋组成，并且在 a．设计变量。 床身内部均匀分布。其前后外壁开有椭圆形孔，内 为了研究各个变量对床身性能的影响，将床身 部及底部外壁开有长方形孔 。本床身 内部板筋厚 的各个尺寸均作为设计变量后进行分析，因此可以 度为 30mm，外部为40mm。 变化的设计变量有：原设计中内部 3条板筋的个数 1．2 原床身的性能 及其厚度 ；原设计 中内部 9条板筋的个数及其厚 该床身是应用传统的设计方法设计的，在实 度 ；原床身设计外形的上壁厚度 、下壁厚度、左壁厚 收稿 日期 ：2012—03—07 作者简介：张 强(1983一)，男