[发明专利]一种动梁式龙门加工中心长型立柱及其优化设计方法

权利要求书

1.一种动梁式龙门加工中心长型立柱，其特征在于，包括第一端板、第二端板、底板、顶板和两个侧板，所述第一端板和所述第二端板相对设置，两个所述侧板相对设置，且两个所述侧板分别位于所述第一端板和所述第二端板之间，两个所述侧板上分别是有多个通孔，所述底板安装于所述侧板的底部，所述顶板安装于所述侧板的底部，所述顶板上设置有导轨安装面。

2.根据权利要求1所述的动梁式龙门加工中心长型立柱，其特征在于，所述顶板的宽度大于所述底板的宽度，两个所述侧板平行设置，所述顶板与其中一个所述侧板通过连接板连接，所述连接板倾斜设置。

3.根据权利要求1所述的动梁式龙门加工中心长型立柱，其特征在于，所述第一端板包括第一板和第二板，所述第一板与所述第二板倾斜设置，所述第一板与所述第二端板平行设置，所述第二板位于所述第一板与所述顶板之间，所述第二板沿所述底板朝向所述顶板的方向向外倾斜。

4.根据权利要求1所述的动梁式龙门加工中心长型立柱，其特征在于，所述顶板上设置有凹槽，所述凹槽沿所述顶板的长度方向延伸，所述凹槽的两侧分别为两个所述导轨安装面。

5.根据权利要求1所述的动梁式龙门加工中心长型立柱，其特征在于，所述动梁式龙门加工中心长型立柱还包括多个筋板，多个所述筋板纵横设置，多个所述筋板位于两个所述侧板之间，且所述筋板与所述侧板垂直设置。

6.根据权利要求5所述的动梁式龙门加工中心长型立柱，其特征在于，纵横交错的多个所述筋板形成多个空腔，多个所述空腔分别与所述侧板上的通孔对应设置。

7.一种动梁式龙门加工中心长型立柱优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S100：导轨安装面设计方案，确定安装面数目和间距，建立简化的立柱参数化模型，根据立柱实际承载情况确定其边界条件，优化计算，获取立柱初始轮廓和主要尺寸；

步骤S200：侧板和底板开孔优化设计，在保证立柱强度和刚度的条件下，优化侧板开孔设计，根据立柱的稳定性要求，优化设计底板上地脚螺栓孔的数目和分布，并在侧板对应的位置设计开孔；

步骤S300：立柱内部筋板的优化设计，对初始简化的立柱模型进行有限元网格划分前，划分优化区和非优化区，确定实际安装固支点和承载点，建立初始拓扑优化分析模型，并进行初步计算确保优化模型正确；

步骤S400：优化分析类型参数的确定：以结构的柔度最小为目标函数，优化后的体积为约束条件，以立柱初始拓扑优化分析模型中各单元的属性为设计变量，对立柱筋板进行拓扑优化；

步骤S500：根据拓扑优化结果，提取其轮廓，通过适当的修改得到新型的筋板分布和结构，并对立柱进行结构检验。

8.根据权利要求7所述的动梁式龙门加工中心长型立柱优化设计方法，其特征在于，在所述步骤S100中，采用有限元数值分析方法，对简化的立柱模型进行有限元网格划分。

9.根据权利要求7所述的动梁式龙门加工中心长型立柱优化设计方法，其特征在于，在所述步骤S100中，将承载面设置为导轨安装面，也是拓扑优化中的非优化区。

10.根据权利要求7所述的动梁式龙门加工中心长型立柱优化设计方法，其特征在于，在所述步骤S200中，侧板和底板比较长，材料富裕度大，因此，在适当的位置开孔可以减轻立柱的重量。