基于OptiStruct的床身結構尺寸優化策略研究

周　浩，丁曉紅，張　橫

(上海理工大學 機械工程學院，上海 200093)

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基于OptiStruct的床身結構尺寸優化策略研究

周浩，丁曉紅，張橫

(上海理工大學 機械工程學院，上海 200093)

針對傳統設計方法設計的床身結構笨重的問題，以某型數控外圓磨床床身為例，在輕量化設計過程中提出一種尺寸優化策略，運用OptiStruct軟件對床身結構的墊鐵位置進行優化設計，在基于靈敏度分析對床身結構進行尺寸優化設計。優化結果表明，優化后床身的第一階固有頻率提高5.74%，重量減輕7.15%，驗證了該尺寸優化策略在床身結構輕量化設計中的可行性及有效性。

機床床身；墊鐵位置優化；靈敏度分析；尺寸優化

磨床床身是磨床的重要支撐部件，其起著支撐工作臺、砂輪架、頭架和尾架等關鍵部件的作用，其結構特性直接影響機床的加工精度、精度穩定性和生產效率，因此如何控制床身的結構靜動態特性是磨床設計的主要問題之一[1-2]。磨床床身結構是典型的支撐箱型結構，床身內部加強筋與外壁厚度參數選取多數采用經驗設計，由于追求其高安全系數，設計過于保守，使得磨床床身結構重量大、消耗材料多，無法滿足高端機床高精度、高效率和低能耗的設計要求，因此對機床床身進行輕量化設計研究具有重要意義，優良的機床結構設計可使用戶獲得良好的機械性能和更大的經濟優勢[3-5]。

傳統的床身設計大多數采用靜態力學的簡化計算和經驗設計為基礎的常規方法，盡管該設計方法經過實踐證明有一定的可靠性，但存在設計周期長、設計過于保守等弊端，隨著計算機的發展，有限元法逐漸廣泛用于工程領域，實現了計算機和有限元理論的結合，大幅提高了工程領域結構設計的效率和質量。……