一种采用极端尺寸调整的数控机床横梁结构优化设计方法

摘要

本发明公开了一种采用极端尺寸调整的横梁结构优化设计方法，本方法从横梁结构内部筋板的分布类型和结构关键尺寸调整两个方面进行优化。通过确定横梁结构内部筋板的分布类型得出具有较好静动态特性的横梁结构，结合所要达到的性能指标，在尺寸的可调范围内，对关键尺寸进行灵敏度分析，把尺寸变量分为灵敏度大和灵敏度小的两部分，将灵敏度大的变量尺寸增加到上限，将灵敏度小的变量尺寸减小到下限，然后建立模型进行有限元分析，根据分析结果，通过依次减小灵敏度大的变量尺寸和依次增加灵敏度小的变量尺寸进行反复调整，从而得到新的横梁结构。本发明提出的优化方法合理，操作简单，可以实现机床横梁等结构的优化设计。

主权项

一种采用极端尺寸调整的数控机床横梁结构优化设计方法，其特征是：包括下列步骤：(1) 建立横梁结构三维几何模型；(2) 根据实际工况，建立横梁结构的力学模型并求解；(3) 运用有限元软件对横梁结构进行静动态力学性能分析；(4) 改变横梁结构内部筋板的分布类型，设计若干种横梁结构方案；(5) 对设计的若干种横梁结构方案进行静动态力学性能分析，以静变形量和低阶模态频率为性能指标，判断结构方案是否优于原结构，选择优于原结构且方案中最优的筋板分布类型，确定横梁结构方案；(6) 选取横梁结构方案的关键尺寸作为调整变量，根据横梁结构的模型特征，设置关键尺寸为横梁结构的前后壁厚、左右壁厚、上下壁厚、横向筋板厚度、纵向筋板厚度、竖向筋板厚度、内部筋板厚度；(7) 设定关键尺寸的变化范围，在尺寸可调范围内，对横梁结构关键尺寸进行灵敏度分析；(8) 根据关键尺寸的灵敏度大小，对于可同时进行优化的多项性能指标，在尺寸可调范围内，直接采用极端尺寸调整方法，改变关键尺寸的大小得到横梁结构优化模型；对于不可同时进行优化的多项性能指标，采用极端尺寸调整方法，实行分步优化，最终得到横梁结构优化设计方案。