[发明专利]一种机械压力机机身结构优化设计方法

说明书

本申请提供一种机械压力机机身结构优化设计方法，其包括：S1，提取机架三维模型；S2，对连杆结构进行静力学分析获得连杆与机架铰接处机架上的受力大小；S3，根据铰接处的受力大小作为受力边界条件对机架进行有限元静力学分析获得机架变形参数；S4，对原始机架进行填充处理以建立优化空间，机架变形参数作为约束条件之一建立机架的拓扑优化模型，进行拓扑优化；S5，提取局部阶梯特征，运用三种判别方法与四种填充方法对机架进行填充设计。该方法实现了机架的良好制造性与高刚度设计，满足低成本制造与高精度要求。

技术领域

本申请涉及机械领域，尤其涉及一种机械压力机机身结构优化设计方法。

背景技术

机械压力机是用于实现锻造和冲压过程的最重要的机床类别之一，近年来对高精度部件的需求使伺服机械压机的成形精度成为巨大的挑战。

在工作过程中，成型载荷最终被施加到作为压力机的主要承重部件的机架上使其变形，而机架的变形会影响到零部件的成形的精度。因此，机架的高刚度是满足高精度成形的前提条件。压力机机架结构的传统设计过程严重依赖与设计人员的设计经验，即使所设计的机架刚度满足要求，但依然导致机架的尺寸大，材料利用率低；若设计人员依据先进的结构设计方法，如拓扑优化等，所设计出的复杂结构难以实现加工制造。

因此，如何利用先进设计方法设计出满足机械压力机机架高刚度、轻量化的同时满足可制造性是当前亟需解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的之一在于提供一种机械压力机机身结构优化设计方法，旨在改善现有的机械压力机机架的设计效果差的问题。

本申请的技术方案是：

一种机械压力机机身结构优化设计方法，包括以下步骤：

S1，提取机械压力机机架的原始三维模型，对所述机架的原始三维模型的微小结构进行清理；

S2，对所述机械压力机的连杆结构进行静力学分析，获得所述连杆结构与所述机架铰接处的所述机架上的受力值；

S3，将所述机架上的受力值作为受力边界条件，对所述机架进行有限元静力学分析获得所述机架的变形参数；

S4，对所述机架的原始三维模型进行填充处理以建立优化空间，将所述机架的变形参数作为约束条件建立所述机架的拓扑优化模型，并对所述机架的拓扑优化模型进行拓扑优化；

S5，根据所述机架的拓扑优化结果，提取所述机架的各个局部阶梯结构特征；通过凸样条曲线判别方法、凹样条曲线判别方法以及直线判别方法，并结合凸形填充方法、凹形填充方法、直线填充方法以及直角填充方法对所述机架进行填充设计。

作为本申请的一种技术方案，在步骤S1中，包括以下步骤：

将用于生产制造的所述机械压力机机架的原始三维模型从装配体中提取出来，去掉所述机架上的每块钢板上的所述微小结构，所述微小结构包括小圆孔结构和倒角结构。

作为本申请的一种技术方案，在步骤S2中，包括以下步骤：

将所述连杆结构中的传动杆系单独提取出来，建立所述传动杆系中的传动杆件的下死点的静力学平衡方程；将静力学平衡方程中的最大公称力、杆杆夹角作为已知条件，求解所述连杆结构与所述机架铰接处所述机架上的受力值。

作为本申请的一种技术方案，在步骤S3中，包括以下步骤：

将所述机架的原始三维模型导入有限元软件中并进行网格划分，并将步骤S2中求解得到的受力值作为静力学分析的受力边界条件来建立所述机架的有限元模型，计算提取特征点的位移参数；所述特征点的位移参数包括所述机架上铰接点在垂直方向上的位移值、所述机架上与滑块相接触的导轨在水平方向的位移值、下基座在垂直方向上的位移值。

作为本申请的一种技术方案，在步骤S4中，包括以下步骤：