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VX380T数控加工中心工作台拓扑分析及多目标参数优化设计

沈佳兴 徐平 于英华

沈佳兴, 徐平, 于英华. VX380T数控加工中心工作台拓扑分析及多目标参数优化设计[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(12): 1847-1853. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190058
引用本文: 沈佳兴, 徐平, 于英华. VX380T数控加工中心工作台拓扑分析及多目标参数优化设计[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(12): 1847-1853. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190058
Shen Jiaxing, Xu Ping, Yu Yinghua. Topology Analysis and Multi-objective Optimization Design of VX380T CNC Machining Center Worktable[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(12): 1847-1853. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190058
Citation: Shen Jiaxing, Xu Ping, Yu Yinghua. Topology Analysis and Multi-objective Optimization Design of VX380T CNC Machining Center Worktable[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(12): 1847-1853. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190058

VX380T数控加工中心工作台拓扑分析及多目标参数优化设计

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190058
基金项目: 

辽宁省教育厅科学技术研究(创新团队)项目 LN2010045

详细信息
    作者简介:

    沈佳兴(1990-), 讲师, 博士, 研究方向为机械系统动力学分析与控制, 329833309@qq.com

    通讯作者:

    徐平, 教授, 博士生导师, lnxuping@163.com

  • 中图分类号: TH122

Topology Analysis and Multi-objective Optimization Design of VX380T CNC Machining Center Worktable

  • 摘要: 为使VX380T数控加工中心工作台同时具有优越的静、动态性能和轻量化特点。利用拓扑分析的方法研究工作台截面的最佳载荷传递路径,依据拓扑分析结果设计了工作台的加强筋布局。将新结构工作台的整体质量和最大频响幅值为目标函数,以各加强筋的结构参数为设计变量,以原始工作台的静态性能和前3阶固有频率为约束条件进行多目标参数优化设计。对参数优化后工作台的质量、静动态性能进行对比分析,结果表明,其质量减轻了12.19%的同时,其静动态性能也得到了显著提高,证明了优化设计的可行性和有效性。
  • 图  1  加工中心原始工作台结构

    图  2  工作台有限元模型

    图  3  载荷和约束模型

    图  4  工作台最大静应力

    图  5  工作台最大静变形

    图  6  原始工作台振型

    图  7  谐响应振幅

    图  8  分析区和非分析区

    图  9  截面有限元模型

    图  10  工作台的伪密度云图

    图  11  工作台加强筋布局及设计变量

    图  12  综合目标函数迭代曲线

    图  13  优化后工作台最大静应力

    图  14  优化后工作台最大静变形

    图  15  优化后工作台的振型

    图  16  优化前后的频响曲线

    表  1  固有频率

    阶数 1 2 3
    频率/Hz 2 261.4 2 494.5 2 904.5
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    表  2  设计变量的优化区间

    变量 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11
    下限 5 125 105 5 6 10 5 10 30 20 5
    上限 15 130 115 25 40 30 20 40 60 40 15
    初值 5 130 115 10 12 20 10 30 40 20 10
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    表  3  优化后各变量结果

    P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11
    5.3 129.4 109.5 8.4 24.1 17.3 9.7 28.4 37.7 23.5 7.1
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    表  4  优化前后频率对比

    阶数 优化前频率/Hz 优化后频率/Hz 变化率/%
    1 2 261.4 2 624.8 +16.07
    2 2 494.5 2 832.5 +13.55
    3 2 904.5 3 650.2 +25.67
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    表  5  最大振幅及减小率

    名称 X Y Z
    优化前振幅/μm 38.765 45.057 8.915 3
    优化后振幅/μm 26.18 15.539 8.154 9
    减小率/% -32.46 -65.51 -8.53
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  • 收稿日期:  2018-12-07
  • 刊出日期:  2019-12-05

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