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在新产品的开发过程中,在给定的约束和目标的情况下获得结构拓扑的最优配置是重要的,拓扑优化方法能较好解决这一问题。本文结合国家自然科学基金项目和江苏省科技基础建设项目对XH786A加工中心的主要部件进行了拓扑优化。
(1)结合模态测试建立了导轨结合面的动力学模型,用刚度和阻尼模拟界面特性,并由测试结果成功识别出结合面刚度和阻尼。用模态测试方法修正并建立机床主要部件的有限元模型。考虑结合面特性,结合主要部件的有限元模型建立了机床的整机有限元模型。
(2)基于ICM拓扑优化理论,根据拓扑优寻找空间质量最优分布的本质,把空间质量作为广义的边界条件,建立在质量或体积约束下,以模态参数为目标函数的拓扑优化模型。
(3)对整机有限元模型进行了动静态分析,根据振型找出影响机床动静态特性和加工精度的薄弱环节。以体积为约束,模态参数为目标函数对此薄弱环节进行了拓扑优化,得到了较好的优化结果。
(4)根据优化结果,重新建立机床的立柱和拖板的CAD&CAE模型,并对有限元模型进行动静态分析。计算结果表明优化后的立柱和拖板动态特性明显提高,新的立柱和拖板也使得整机动静态有一定的提高。