立柱結(jié)構(gòu)是加工中心的主要組成部分，其剛度性能直接影響到加工中心的加工精度。立柱主要是對橫梁和主軸箱起到支撐作用，滿足主軸的 Z 向運動。目前普遍采用雙立柱框架結(jié)構(gòu)設(shè)計形式，大中型的移動立柱固定于滑座上。立柱是連接床身與主軸、刀庫的重要部件，其設(shè)計必須得到重視。本文在 HyperMesh 中建立了GSLM3308 龍門銑床的立柱結(jié)構(gòu)有限元模型，使用 OptiStruct  軟件對立柱進行了拓撲優(yōu)化，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果確定外部和內(nèi)板加強肋合理布局，提高立柱性能的同時實現(xiàn)輕量化設(shè)計。

1 拓撲優(yōu)化

　　拓撲優(yōu)化是一種根據(jù)給定的負載情況、約束條件和性能指標(biāo)，在給定的區(qū)域內(nèi)對材料分布進行優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法。與傳統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計不同的是，拓撲優(yōu)化不需要給出參數(shù)和優(yōu)化變量的定義，目標(biāo)函數(shù)、狀態(tài)變量和設(shè)計變量都是預(yù)定義好的，用戶只需要給出結(jié)構(gòu)參數(shù)（材料特性、模型、載荷等）和要省去的材料百分比。拓撲優(yōu)化的目標(biāo)是在滿足結(jié)構(gòu)約束的情況下減少結(jié)構(gòu)的變形能，相當(dāng)于提高結(jié)構(gòu)的剛度。

　　拓撲優(yōu)化的研究領(lǐng)域主要分為連續(xù)體拓撲優(yōu)化和離散結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化。連續(xù)體拓撲優(yōu)化是把優(yōu)化空間的材料離散成有限個單元（殼單元或者體單元），離散結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化是在設(shè)計空間內(nèi)建立一個由有限個梁單元組成的基結(jié)構(gòu)，

質(zhì)量為 3.38 t，頂部最大的變形為 0.84 mm，變形比較大，表明立柱剛度不足，需要對其進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使剛度提高、重量減輕。

然后根據(jù)算法確定設(shè)計空間內(nèi)單元的去留，保留下來的單元即構(gòu)成最終的拓撲方案，從而實現(xiàn)拓撲優(yōu)化。

　　目前，拓撲優(yōu)化在機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用[1-5]。本文采用拓撲優(yōu)化法對加工中心的立柱進行優(yōu)化設(shè)計。

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總 結(jié)

      小水電由于其自身的優(yōu)點在我國經(jīng)歷了快速發(fā)展的一段時間，當(dāng)發(fā)展面臨生態(tài)環(huán)境保護問題的時候，應(yīng)毫不猶豫地選擇全力發(fā)展綠色小水電。除了需要合理、科學(xué)地規(guī)劃小水電建設(shè)，加強各級監(jiān)管力度，通過提高自身的技術(shù)研發(fā)能力更是關(guān)鍵的措施。從多方面的角度考慮，研發(fā)創(chuàng)新技術(shù)，改善河流水質(zhì)，保護魚類不受傷害，大力發(fā)展綠色小水電，共同構(gòu)建一個和諧的生態(tài)環(huán)境。