隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展和信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的突飛猛進,對于制造行業(yè)尤其是機床行業(yè)的要求也越來越高。傳統(tǒng)的機床設(shè)計方法在設(shè)計過程中主要依靠經(jīng)驗設(shè)計,而且設(shè)計周期長,缺乏有效的理論依據(jù)作為指導(dǎo)。本文將基于拓撲優(yōu)化技術(shù),應(yīng)用機床典型支承件設(shè)計方法,實現(xiàn)對機床關(guān)鍵支承件的結(jié)構(gòu)分析以及優(yōu)化設(shè)計,從而為后續(xù)的機床支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計研究提供參考依據(jù)。 本文的主要研究內(nèi)容為： （1）建立立式加工中心立柱的力學(xué)模型,闡述典型工況切削力計算依據(jù),分析立柱在各種加工況下的載荷狀況以及不同位置工況的邊界條件,為立柱結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計提供基礎(chǔ)條件。 （2）利用ANSYS軟件對立柱三個典型位置工況進行結(jié)構(gòu)分析,分析計算結(jié)果,找出結(jié)構(gòu)中薄弱部位,為優(yōu)化提供依據(jù)。同時利用基于拓撲優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法,對立式加工中心立柱結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計,利用HyperMesh軟件對不同工況及優(yōu)化目標(biāo)下的立柱進行拓撲優(yōu)化,對優(yōu)化結(jié)果進行有效的分析,建立立柱在不同目標(biāo)下的概念模型。 （3）利用基于OptiStruct的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法,對立式加工中心立柱結(jié)構(gòu)進行改進設(shè)計。設(shè)計過程中,根據(jù)主傳力路徑與結(jié)構(gòu)分析結(jié)果,提出不同的結(jié)構(gòu)改進方案,分析對比改進方案,找出最優(yōu)方案。然后對立柱結(jié)構(gòu)進行精細化設(shè)計,并將改進結(jié)構(gòu)與原始結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)對比分析,改進結(jié)構(gòu)較原結(jié)構(gòu)質(zhì)量減輕了7.30%,綜合變形減小了12.68%,一階固有頻率提高了10.13%，因此改進設(shè)計取得了良好的優(yōu)化效果。 （4）總結(jié)歸納出機床典型支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計流程,通過對機床典型支承件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計過程,驗證了此流程在機床支承件設(shè)計領(lǐng)域的可應(yīng)用性。