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　　目前常用的連續(xù)體結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化方法有變厚度法、變密度法及均勻化方法。
　　變厚度法：以單元厚度為設(shè)計(jì)變量，通過(guò)刪除厚度處于尺寸下限的單元實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)拓?fù)涞淖兏苊饩鶆蚧椒ㄖ袠?gòu)造微結(jié)構(gòu)的麻煩，因此可以較為方便地解決平面拓?fù)鋬?yōu)化問(wèn)題，但無(wú)法運(yùn)用于三維結(jié)構(gòu)中。
　　變密度法：定義取值范圍為[ 0，1] 的相對(duì)密度μ，將優(yōu)化目標(biāo)用相對(duì)密度μ的顯性函數(shù)表示，然后運(yùn)用數(shù)學(xué)規(guī) 劃法或優(yōu)化準(zhǔn)則法求解。由于優(yōu)化過(guò)程中不直接刪除材料，對(duì)于具有中等大小相對(duì)密度的單元，是否刪除就變得難以抉擇。
　　均勻化法：在拓?fù)鋬?yōu)化中引入所謂微結(jié)構(gòu)，該方法以空孔尺寸為設(shè)計(jì)變量，以空孔尺寸的消長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)的增刪，從而改變結(jié)構(gòu)拓?fù)洹＞鶆蚧椒ㄊ潜容^流行的方法，拓?fù)鋬?yōu)化后單元的密度值是介于0～1 之間的連續(xù)值，得到的是一種比較模糊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
　　拓?fù)鋬?yōu)化獲得的最優(yōu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式只考慮到結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，還需要在拓?fù)鋬?yōu)化的基礎(chǔ)上根據(jù)制造工藝、裝配關(guān)系等設(shè)計(jì)要求重新設(shè)計(jì)新結(jié)構(gòu)。拓?fù)鋬?yōu)化在機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。滑枕通常一次成型，屬于連續(xù)體結(jié)構(gòu)，其剛度性能直接影響到機(jī)床的加工精度。因此，本文采用拓?fù)鋬?yōu)化方法對(duì)加工中心的滑枕進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
2 滑枕模型
　　滑枕外部與其它零件裝配面比較多，主要包括主軸箱滑塊安裝面、滑枕上下滑塊安裝面、電機(jī)安裝面，在拓?fù)鋬?yōu)化中將這些面分離出來(lái)作為非優(yōu)化區(qū)，以保證優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)能夠與其他零件正常裝配。滑枕內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)成筋板結(jié)構(gòu)，在保證強(qiáng)度和剛度足夠的條件下減輕滑枕的重量。滑枕的幾何模型如圖1 所示。
　　在建立滑枕優(yōu)化模型時(shí)，需要對(duì)滑枕結(jié)構(gòu)進(jìn)行模型簡(jiǎn)化，利用對(duì)稱性簡(jiǎn)化滑枕，取一半模型進(jìn)行優(yōu)化，去除模型中不必要的結(jié)構(gòu)，采用均勻化網(wǎng)格，網(wǎng)格大小能完全體現(xiàn)模型特征。滑枕主要材料特性有彈性模量2.1×105 MPa、泊松比 0.3、密度 7.9×10-9 t/mm3。在Hyperworks 軟件中導(dǎo)入模型，結(jié)合實(shí)際裝配要求，把滑枕的模型分為設(shè)計(jì)區(qū)域與非設(shè)計(jì)區(qū)域兩部分。對(duì)設(shè)計(jì)區(qū)域，其結(jié)構(gòu)包絡(luò)原始結(jié)構(gòu)的布置空間，使材料在此空間內(nèi)按優(yōu)化要求可以重新分布；對(duì)于非設(shè)計(jì)區(qū)域，其結(jié)構(gòu)形式與外形均不改變。選取實(shí)體單元對(duì)設(shè)計(jì)區(qū)域與非設(shè)計(jì)區(qū)域劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格大小為 20 mm，單元總數(shù)目為 66 258。滑枕優(yōu)化模
型如圖2 所示。

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5 結(jié)論
對(duì)龍門銑床滑枕的結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，在OptiStruct中對(duì)滑枕結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，獲得優(yōu)化的滑枕結(jié)構(gòu)。最后對(duì)優(yōu)化后的滑枕進(jìn)行驗(yàn)證分析，結(jié)果表明優(yōu)化后的滑枕結(jié)構(gòu)剛度更高，重量更輕，節(jié)約原材料的使用，降低設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期和經(jīng)濟(jì)成本，為后期對(duì)滑枕的進(jìn)一步設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。

龍門銑床滑枕優(yōu)化設(shè)計(jì)

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