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FRP制件修复用在位加工铣床的床身优化

宿友亮 张南 刘墨迪 王春秀 慕松

宿友亮, 张南, 刘墨迪, 王春秀, 慕松. FRP制件修复用在位加工铣床的床身优化[J]. 机械科学与技术, 2020, 39(4): 648-656. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190158
引用本文: 宿友亮, 张南, 刘墨迪, 王春秀, 慕松. FRP制件修复用在位加工铣床的床身优化[J]. 机械科学与技术, 2020, 39(4): 648-656. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190158
Su Youliang, Zhang Nan, Liu Modi, Wang Chunxiu, Mu Song. Optimization Design of In-place-machining Tool Bed for FRPs Bonded Repair[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(4): 648-656. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190158
Citation: Su Youliang, Zhang Nan, Liu Modi, Wang Chunxiu, Mu Song. Optimization Design of In-place-machining Tool Bed for FRPs Bonded Repair[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(4): 648-656. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190158

FRP制件修复用在位加工铣床的床身优化

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190158
基金项目: 

宁夏重点研发计划项目 2018BDE02047

宁夏高等学校科学研究项目 NGY2018018

国家自然科学基金项目 51865048

宁夏青年科技人才托举工程 TJGC2018092

宁夏自然科学基金 2018A0717

详细信息
    作者简介:

    宿友亮(1987-), 讲师, 博士研究生, 研究方向为先进复材加工与柔性制造技术, suyl@mail.dlut.edu.cn

    通讯作者:

    慕松, 副教授, 硕士生导师, Musong1972@163.com

  • 中图分类号: V267+.42;TH122

Optimization Design of In-place-machining Tool Bed for FRPs Bonded Repair

  • 摘要: 内补片胶接技术是一种修复FRP制件缺陷、损伤的常用方法。工程中急需一种该方法中内凹阶梯结构的在位加工机床。此类薄壁弱刚性制件受压易变形。因此,对该机床床身进行轻量化设计,以减小受压变形对加工质量的影响。以某型在位加工机床原型机环形BFPC床身为研究对象,首先基于原型机工况分析,明确了床身的综合性能指标;采用拓扑优化技术,获得了最优拓扑的床身结构;进而,通过规则化结构参数,并设计正交实验,辨识了机床质量及综合性能的主要影响因素;最后,建立了以规则化结构参数为变量,床身质量及振幅最小为目标的多目标优化函数,获得了最优拓扑和最优性能的床身。
  • 图  1  内补式修复示意[7]

    图  2  在位加工示意图

    图  3  床身有限元模型

    图  4  床身静力分析

    图  5  床身振型图

    图  6  优化前频响曲线

    图  7  初始优化模型

    图  8  拓扑优化结果

    图  9  设计因素示意图

    图  10  各因素变化率分析

    图  11  设计变量响应曲面

    图  12  优化后静力分析

    图  13  优化后振型云图

    图  14  优化后频响曲线

    表  1  实验条件

    每齿进给量/(mm·z-1) 切深/mm 切削力/N 铣削方式 文献
    0.1~0.25(轴向)/0.01~0.025(径向) 1/3/5 151~463 螺旋铣 [16]
    0.05 1 25~50 侧铣 [17]
    0.05 1 44~180 铣槽 [18]
    0.01(轴向)/0.007(径向) / 156~164 螺旋铣 [19]
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    表  2  导轨所受力矩

    MYOZ MXOZ MXOY
    200 N·m 180 N·m 300 N·m
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    表  3  设计因素水平 mm

    水平 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12 P13
    1 30 50 67 53 12 25 88 122 10 107 40 60 60
    2 33 55 72 58 17 30 93 127 15 112 45 65 65
    3 36 60 77 63 22 35 98 132 20 117 50 70 70
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    表  4  设计变量优化结果 mm

    P1 P2 P7 P10 P12 P13
    58 70 90 125 15 65
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  • 收稿日期:  2019-04-26
  • 刊出日期:  2020-04-05

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