基于元结构的整体叶盘高效强力复合铣床立柱优化设计 -- 西北工业大学学报,2015,33(2):237-243
论文:2015,Vol:33,Issue(2):237-243
引用本文:
孙鹏程, 史耀耀, 辛红敏, 赵盼, 李志山. 基于元结构的整体叶盘高效强力复合铣床立柱优化设计[J]. 西北工业大学学报
Sun Pengcheng, Shi Yaoyao, Xin Hongmin, Zhao Pan, Li Zhishan. Optimizing Disc Milling Column of Efficient and Powerful Compound Milling Machine Tool Based on Cell Structure[J]. Northwestern polytechnical university

基于元结构的整体叶盘高效强力复合铣床立柱优化设计
孙鹏程, 史耀耀, 辛红敏, 赵盼, 李志山
西北工业大学机电学院, 陕西西安 710072
摘要:
针对整体叶盘高效强力复合铣床的关键零部件刚性,运用有限元分析方法,分析其盘铣立柱的动、静态特性。提取立柱的3种典型元结构,结合盘铣切削条件,运用变量分析技术,并以元结构的出砂孔形状、尺寸、孔数和筋板作为优化对象,以固有频率和刚度为优化目标,以整体质量为约束条件,提高立柱的刚度质量比。根据获得的3种最优元结构对立柱重构建模,优化后的立柱结构方案与原方案相比,质量减轻(11.2%),固有频率(一阶固有频率增加28.4%)和刚度(整体变形减小38.5%)明显提高。
关键词:    ABAQUS    立柱结构    计算机软件    变形    有限元方法    网格划分    数学模型    模态分析    固有频率    优化    刚度    元结构    盘铣立柱   
Optimizing Disc Milling Column of Efficient and Powerful Compound Milling Machine Tool Based on Cell Structure
Sun Pengcheng, Shi Yaoyao, Xin Hongmin, Zhao Pan, Li Zhishan
School of Mechanical Engineering, Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710072, China
Abstract:
We use the finite element method to analyze the dynamic and static characteristics of the disc milling column of an efficient and powerful compound milling machine tool. We extract its three typical cell structures, take into account the disc milling conditions and use the multivariate analysis technique to optimize the shape, size, rib plate and number of the clearance holes of a cell structure The optimization objective is to enhance the disc milling column's natural frequency and stiffness. We use integral mass as the constraint condition to increase its stiffness-to-mass ratio. We then use the three optimal cell structures thus obtained to reconstruct and model the disc milling column. The results on comparing the optimized disc milling column with the non-optimized one show preliminarily that the integral mass of the optimized disc milling column is lower by 11.2%; its first-order natural frequency increase by 28.4%; its stiffness is enhanced (the overall deformation diminishes by 38.5%).
Key words:    ABAQUS    columns (structural)    computer software    deformation    finite element method    mesh generation    mathematical models    modal analysis    natural frequencies    stiffness    cell structure    disc milling column   
收稿日期: 2014-10-08     修回日期:
DOI:
基金项目: 高档数控机床与基础制造装备科技重大专项基金(2013ZX04001081)和西北工业大学研究生创业种子基金(Z2014095)资助
通讯作者:     Email:
作者简介: 孙鹏程(1989-),西北工业大学硕士研究生,主要从事现代集成制造技术研究。
相关功能
PDF(5046KB) Free
打印本文
把本文推荐给朋友
作者相关文章
孙鹏程  在本刊中的所有文章
史耀耀  在本刊中的所有文章
辛红敏  在本刊中的所有文章
赵盼  在本刊中的所有文章
李志山  在本刊中的所有文章

参考文献:
[1] 史耀耀,赵鹏兵.小曲率整体叶盘复合高效强力铣加工基础试验研究[J].航空制造技术, 2011(19):44-47 Shi Yaoyao, Zhao Pengbing. Fundamental Experiment Research in Compound and Efficient Powerful Milling Process for Small Curvature Blisk[J]. Aeronautical Manufacturing Technology, 2011(19):44-47(in Chinese)
[2] Baker J R, Rouch K E. Use of Finite Element Structural Models in Analyzing Machine Tool Chatter[J]. Finite Elements in Analysis and Design, 2002, 38(11):1029-1046
[3] Neugebauer R, Wabner M, Rentzsch H, et al. Structure Principles of Energy Efficient Machine Tools[J]. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, 2011, 4(2):136-147
[4] Zhao L, Chen W, Ma J, et al. Structural Bionic Design and Experimental Verification of a Machine Tool Column[J]. Journal of Bionic Engineering, 2008, 5:46-52
[5] Kroll L, Blau P, Wabner M, et al. Lightweight Components for Energy-Efficient Machine Tools[J]. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, 2011, 4(2):148-160
[6] Rao L S, Hou L, Pan Y. Improvement of the Rib Plate in Machine Tools Column Based on Topology Optimization[J]. Machine Design & Research, 2010, 1:029
[7] 于长亮,张辉,王仁彻,等.机床整机动刚度薄弱环节辨识与优化方法研究[J].机械工程学报, 2013(21):011-017 Yu Changliang, Zhang Hui, Wang Renche, et al. Study on Method for Weak Link Identification of Dynamic Stiffness of a Machine Tool and Optimization Design[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2013(21):011-017(in Chinese)
[8] 郭垒,张辉,汪劲松,等.元结构方法的理论建模和验证[J].机械工程学报, 2011(23):135-143 Guo Lei, Zhang Hui, Wang Jinsong, et al. Theoretical Modeling and Verifications of Unit Structure Method.[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2011(23):135-143(in Chinese)
[9] 满佳,张连洪,陈永亮.基于元结构的机床结构可适应优化设计方法[J].中国机械工程, 2010(01):51-54 Man Jia, Zhang Lianhong, Chen Yongliang. An Adaptable Optimization Design Method of Machine Tool Structures Based on Unit Structure[J]. China Mechanical Engineering, 2010(01):51-54(in Chinese)
[10] 于海莲,王永泉,陈花玲,等.响应面模型与多目标遗传算法相结合的机床立柱参数优化[J].西安交通大学学报, 2012(11):80-85 Yu Hailian, Wang Yongquan, Cheng Hualing, et al. Optimization for Machine Tool Column Combining Response Surface Model with Muli-Objective Genetic Algorithm[J]. Journal of Xi'an Jiaotong University, 2012(11):80-85(in Chinese)
[11] 张益芳.金属切削手册[M].上海:上海科学技术出版社,2011 Zhang Yifang. Metal Cutting Manual[M]. Shanghai:Shanghai Science and Technology Press, 2011(in Chinese)
[12] 航空制造工程总编委会.航空制造工程手册[M].北京:航空工业出版社, 1998 Aviation Engineering & Maintenance Chief Editorial Committee. Aviation Engineering & Maintenance Manual[M]. Beijing:Aviation Industry Press, 1998(in Chinese)
相关文献:
1.范旭慧, 张捷, 马化斌.一类新型的光滑支持向量分类机[J]. 西北工业大学学报, 2015,33(3): 467-471
2.束一秀, 李亚智, 姜薇, 贾雨轩.基于扩展有限元的多裂纹扩展分析[J]. 西北工业大学学报, 2015,33(2): 197-203
3.张文杰, 刘更, 马尚君, 佟瑞庭.不同安装方式下行星滚柱丝杠副载荷分布研究[J]. 西北工业大学学报, 2015,33(2): 229-236
4.陈浩, 徐敏, 谢亮, 康伟.保形动网格策略在CFD/CSD耦合中的应用[J]. 西北工业大学学报, 2015,33(5): 732-738
5.何新党, 苟文选, 刘永寿, 高宗战, 张峰.考虑失效状态模糊性时的笛形管广义共振可靠性分析[J]. 西北工业大学学报, 2014,32(2): 262-267
6.邬晓敬, 肖华, 张伟伟, 宋述芳, 吕震宙.一种基于试验模态参数的结构边界条件优化设计方法[J]. 西北工业大学学报, 2014,32(5): 707-712
7.李亚智, 耿伟杰, 束一秀, 王启.高载作用下的疲劳裂纹闭合与残余应力作用[J]. 西北工业大学学报, 2014,32(4): 529-534
8.郑炜, 李知隆, 靳如一.基于频率差异积分的故障定位算法研究[J]. 西北工业大学学报, 2013,31(3): 435-439
9.杜洪涛, 李战怀.基于数据价值的云存储动态备份一致性机制[J]. 西北工业大学学报, 2013,31(6): 979-984
10.张开富, 曾佩杰, 栾超, 牟伟强, 李原.空间多姿态下自动钻铆托架变形分析与调平方法[J]. 西北工业大学学报, 2012,30(1): 129-137
11.苏进展, 方宗德, 蔡香伟.弧齿锥齿轮数字化齿面啮合仿真分析与试验[J]. 西北工业大学学报, 2012,30(4): 565-569
12.田薇, 孙秦, 范学领.某型飞机前起舱段结构几何刚度分布优化设计[J]. 西北工业大学学报, 2012,30(6): 857-861
13.张萌, 赵磊, 樊晓桠, 田杭沛.面向混杂流计算的适应性存储器体系结构[J]. 西北工业大学学报, 2012,30(6): 961-967