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　　目前常用的連續(xù)體結(jié)構(gòu)的拓撲優(yōu)化方法有變厚度法、變密度法及均勻化方法。
　　變厚度法：以單元厚度為設(shè)計變量，通過刪除厚度處于尺寸下限的單元實現(xiàn)結(jié)構(gòu)拓撲的變更，避免均勻化方法中構(gòu)造微結(jié)構(gòu)的麻煩，因此可以較為方便地解決平面拓撲優(yōu)化問題，但無法運用于三維結(jié)構(gòu)中。
　　變密度法：定義取值范圍為[ 0，1] 的相對密度μ，將優(yōu)化目標(biāo)用相對密度μ的顯性函數(shù)表示，然后運用數(shù)學(xué)規(guī) 劃法或優(yōu)化準(zhǔn)則法求解。由于優(yōu)化過程中不直接刪除材料，對于具有中等大小相對密度的單元，是否刪除就變得難以抉擇。
　　均勻化法：在拓撲優(yōu)化中引入所謂微結(jié)構(gòu)，該方法以空孔尺寸為設(shè)計變量，以空孔尺寸的消長實現(xiàn)微結(jié)構(gòu)的增刪，從而改變結(jié)構(gòu)拓撲。均勻化方法是比較流行的方法，拓撲優(yōu)化后單元的密度值是介于0～1 之間的連續(xù)值，得到的是一種比較模糊的拓撲結(jié)構(gòu)。
　　拓撲優(yōu)化獲得的最優(yōu)拓撲結(jié)構(gòu)形式只考慮到結(jié)構(gòu)的強度，還需要在拓撲優(yōu)化的基礎(chǔ)上根據(jù)制造工藝、裝配關(guān)系等設(shè)計要求重新設(shè)計新結(jié)構(gòu)。拓撲優(yōu)化在機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。滑枕通常一次成型，屬于連續(xù)體結(jié)構(gòu)，其剛度性能直接影響到機床的加工精度。因此，本文采用拓撲優(yōu)化方法對加工中心的滑枕進行優(yōu)化設(shè)計。
2 滑枕模型
　　滑枕外部與其它零件裝配面比較多，主要包括主軸箱滑塊安裝面、滑枕上下滑塊安裝面、電機安裝面，在拓撲優(yōu)化中將這些面分離出來作為非優(yōu)化區(qū)，以保證優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)能夠與其他零件正常裝配。滑枕內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計成筋板結(jié)構(gòu)，在保證強度和剛度足夠的條件下減輕滑枕的重量。滑枕的幾何模型如圖1 所示。
　　在建立滑枕優(yōu)化模型時，需要對滑枕結(jié)構(gòu)進行模型簡化，利用對稱性簡化滑枕，取一半模型進行優(yōu)化，去除模型中不必要的結(jié)構(gòu)，采用均勻化網(wǎng)格，網(wǎng)格大小能完全體現(xiàn)模型特征。滑枕主要材料特性有彈性模量2.1×105 MPa、泊松比 0.3、密度 7.9×10-9 t/mm3。在Hyperworks 軟件中導(dǎo)入模型，結(jié)合實際裝配要求，把滑枕的模型分為設(shè)計區(qū)域與非設(shè)計區(qū)域兩部分。對設(shè)計區(qū)域，其結(jié)構(gòu)包絡(luò)原始結(jié)構(gòu)的布置空間，使材料在此空間內(nèi)按優(yōu)化要求可以重新分布；對于非設(shè)計區(qū)域，其結(jié)構(gòu)形式與外形均不改變。選取實體單元對設(shè)計區(qū)域與非設(shè)計區(qū)域劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格大小為 20 mm，單元總數(shù)目為 66 258。滑枕優(yōu)化模
型如圖2 所示。

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5 結(jié)論
對龍門銑床滑枕的結(jié)構(gòu)進行有限元分析，在OptiStruct中對滑枕結(jié)構(gòu)進行拓撲優(yōu)化設(shè)計，獲得優(yōu)化的滑枕結(jié)構(gòu)。最后對優(yōu)化后的滑枕進行驗證分析，結(jié)果表明優(yōu)化后的滑枕結(jié)構(gòu)剛度更高，重量更輕，節(jié)約原材料的使用，降低設(shè)計開發(fā)周期和經(jīng)濟成本，為后期對滑枕的進一步設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。

分類：加工中心

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