深孔钻镗床床身的有限元分析及拓扑优化

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1 床身的有限元分析随着技术 的发展，深孔钻镗床 以其高精度 、高质量、高效率等优良加工性能在现代工业生产中使用越来越广泛，而床身结构作为深孔钻镗床关键性基础部件 ，其结构性能影响到整个机床工作性能 。引入拓扑优化概念，然后以深孔镗床床身的结构拓扑优化设计为例，采用有限元分析软件 ANSYS10.0对其进行单目标优化设计来提高其刚度和抗振能力 ，减小变形量 ，同时减轻床身的质量。上海理工大学郭嫒美利用 AN-SYS、HyperWorks大型有限元软件对外圆磨床床身进行了拓扑优化 ，在保证机构具有足够强度和刚度 的基础上，实现了磨床床身设计重量的大幅度下降，所得结论对进-步改进原有产 品具有实用 和指导意义 。

目前结构优化技术，特别是拓扑优化技术在深孔加工机床中的应用几乎没有，深孔加工机床关键件的结构优化迫切需要拓扑优化技术。

I.I 有限元力学模型的建立将 Pro/E建立的零件实体模 型通过中间数据文件导入 ANSYS，然后进行网格划分，由于深孔床身内部结构有较多纵横交错的筋板，结构复杂，用影射网格划分 比较 困难 ，所 以本次 网格划分采用智 能网格划分 .网格划分后 的有 限元模型如 图 1所示 。在拓扑优化单元 类型 的选 取上选用 solid45单元。在ANSYS分析时这是-种 三维 实体单元 ，每个 实体单元含 有 8个 节 点 。划 分 后 床 身 的 节 点 总 数 为197244，单元总数为 31524。

T2120深孔钻镗床床身材料为 HT200，根据德州市巨泰机床制造有限公司提供的参考数值，床身的材料 参数 为 ：密 度 为 7.8 X 10 kg/m ，弹 性模 量 为100GPa，泊松 比为 0.26。

收稿 日期 ：2012-05-02基金项 目：国家 自然科学基金 (51175482/E050901)作者简介：游徐(1987-)，男，四川人，中北大学山西省深孔加工工程技术研究中心硕士研究生，主要从事结构设计及有限元技术研究，(E- mail)262382475###qq.tom。