机床固定联接部特征与结构设计研究

针对机床固定联接部的结构特征,将其分为爪座式、凸缘式及内嵌式等形式。根据联接部的结构,提出螺栓预紧力-接触单元等效物理模型,在接触面处采用接触单元,螺栓中间施加预紧力。运用拓扑优化方法对固定联接部建立以左右导轨变形最小为优化目标、体积比为约束的拓扑优化概念模型,根据材料分布云图进行内嵌式的结构设计;利用尺寸优化方法对内嵌式的联接部建立多目标多参数的尺寸优化模型,通过灵敏度分析,把对目标影响较大的尺寸作为优化设计参数。以某机床立柱为对象,进行了固定联接部的结构设计,分析了预紧力对导轨变形的影响,将新方案与原方案进行性能对比,在保持重量基本不变的前提下,X、Y、Z三向的平均刚度分别提高13.16%,9.38%和3.51%,为机床支承件轻量化设计奠定了基础。