Topology Optimization Design Method of Machine Tool Structures Based on Thermal Inertia Matching Principle
Abstract
摘要： 机床在加工时的热误差是导致制造误差的重要原因。针对机床结构热设计问题，考虑复杂结构系统中相邻构件热变形协调原则，在现有材料热惯性概念的基础上，提出结构热惯性概念，建立结构热惯性的表达式，阐明其物理意义，并探讨了结构热惯性匹配的技术途径。以某型五轴直驱立式加工中心为研究对象，建立整机热力耦合模型；基于结构热惯性匹配原则和变密度法，建立了以提高结构刚度和减小温度标准差为目标的拓扑优化设计数学模型，对机床横梁结构进行拓扑优化设计。结果表明，与原横梁结构相比，优化后的横梁结构质量降低16.7%，在热力耦合状态下刀尖点的位移降低了14.8%，一阶频率上升8.3%。提出的设计方法为各种温度敏感的复杂结构系统设计提供了新的设计思路。
Fields of Study & Subjects
Topology Optimization in Engineering
Manufacturing Process and Optimization
Advanced machining processes and optimization
Publication details
- Journal / source
- Journal of Mechanical Engineering
- Publisher
- Chinese Journal of Mechanical Engineering
- Volume
- 62
- Issue
- 9
- Pages
- 343–343
- Publication date
- 1 January 2026
- Language
- EN