数控铣镗床滑枕系统结构优化设计

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数控铣镗床滑枕系统结构优化设计

作者：于浩 万传金

来源：《科学与财富》2015年第27期

摘 要：随着科学技术的飞速发展，全球市场竞争日益激烈，产品升级换代的更新速度不断加快，其结构和功能也越来越复杂。产品的生产方式也逐渐由大批量、单一品种向小批量、多品种的方式转换。在这种情况下，运用优化设计方法可以适应市场激烈竞争的需要，优化产品质量，缩短设计周期，降低产品成本，加大市场竞争力和占有率。 关键词：数控铣镗床 滑枕系统 优化设计 1. 优化设计简介

优化设计，是设计人员根据实际应用工程的要求，在所有可能的众多方案中，选择一种成本最低、质量最高的设计方案。优化设计是建立在人们对事物存在的客观规律深刻认知的基础之上，并借助于一定的物质和技术条件，最大程度地发挥设计者的主观能动性，从而获得用户满意的最佳设计方案。

优化设计是基于最优化数值计算方法和计算机技术。保证在承受各种因素干扰下产品质量保持稳定的优化设计，称为稳健优化设计。优化设计包括两个步骤（1）建立实际问题的数学模型，该模型可以是数学显式的，也可以是数学隐式的；（2）选用合适的最优化数值方法和程序。运用最优化设计方法，可以大幅度加大设计效率和优化设计质量。随着CAE技术的发展，工程技术人员为产品的优化设计找到了新的途径。

ANSYS基于有限元分析的优化设计，其目标就是在满足设计要求的条件下找到“最优设计”方案。所谓“最优设计”方案，也就是满足所有的设计要求，并且保证工程支出（包括质量、体积、费用等）最小。ANSYS优化分为零阶优化方法和一阶优化方法。实际工程中的大部分问题都可以用这两种方法来求解。对于大部分的实际问题，零阶方法都可以很有效地处理，而一阶方法是建立在目标函数对设计变量的敏感程度基础之上，因此更适用于精度要求更高的优化分析。

2. 滑枕筋板结构优选设计

数控铣镗床滑枕系统中铣轴头部因热变形而造成较大的径向跳动和端面跳动对加工精度产生很大影响。因此，对滑枕系统进行结构优化设计是非常必要的。本文在对系统进行热特性优化设计的同时，把系统的动态特性也考虑进去，这种优化方法可以使结构的热特性和动态特性同时得到提高。

通过深入分析发现，温升不是影响加工精度的关键，关键因素是温度场的分布情况，温度分布的对称性和均匀程度是导致变形的主要因素。温度分布均匀并关于轴线对称，则温度对主