什么是拓扑优化？

什么是拓扑优化?

拓扑优化是一种数学方法，可以是一组给定负载，边界条件和约束的每个设计空间中的材料布局，并让设计满足给定的条件（负载，边界，约束）以进行优化性能。拓扑优化和形状优化或大小优化之间的差异是设计可以在设计空间中获得任何形状。通常，拓扑优化将使用有限元方法来评估设计性能。

机床终端应用可以大致分为粗加工过程，具有高拆卸体积和精确和表面精加工的整理工艺。机器的本质是机电，集成系统，包括机器结构和伺服驱动控制模块。因此，为了通过CAE分析技术模拟机器的动态特性，有必要集成机器结构和伺服驱动控制模块，构建完整的机电，集成多体动态，数字模型。保证每个子系统模型的正确性。它会影响整机动态仿真分析的结果。

近年来，虽然机床行业逐步引入CAE计算机仿真分析技术用于机床开发，但这些技术大多仍基于静刚度分析和模态分析。分析结果还不足以直接满足加工用户要求的切削效率和切削精度。切割精度或机器开发加工效率往往达不到客户的期望，或模具表面加工线条异常。在开发的初始阶段，机器和设备将具有与设计过程相关联的应用条件。要求越明确，设计越精确，集成拓扑优化技术修改结构的速度就越快。

机电一体化结构拓扑优化设计技术

采用结构拓扑优化技术，结合机电一体化技术，以铸件刚度为拓扑优化目标，以动态误差需求反求移动铸件重量为拓扑优化约束，最能满足设计目标需求的工具可以被自动解决。机械结构设计既能满足轻量化要求，又能消除铸件设计中多次修改的需要。能够满足最终的精密切割要求，实现高效的结构优化，有效降低人为主观因素的影响，大大提高设计开发效率。

目前，大多数结构拓扑优化技术旨在静态刚性或模态频率。更先进的方法也可用于优化频率响应函数FRF幅度的结构，但是该优化结果仅需要高切除速率。终端应用可以在处理要求下预测切削深度。整理表面纹理要求没有明确的索引。这通常导致机器开发完成后模具表面处理线的异常。机器的动态误差性能与机器的精度相当，这将反映在加工表面纹理的质量上。结构拓扑优化技术与机电仿真技术的集成能够构建机电，结构拓扑优化。用户定义空运行机器加速下所需的动态错误。可以推导出移动铸件的重量与动态误差之间的数学关系作为拓扑优化。该结构的优化与端部切割精度直接相关，这可以大大提高开发效率。

机床可以设置为不同的配置，以满足不同的工业应用方案。频率响应函数FRF是机器非常重要的定量指示器。对于粗加工过程，加工效率是主要考虑因素。频率响应函数FRF可以集成到切割抖动稳态图的计算模型中，以评估切削效率。对于精加工过程，加工精度是主要考虑因素，机器的动态误差性能与精加工表面纹理的质量有关。如果在设计中可以有效地减少机器结构的空行动轨道的动态误差，则在真实机芯切割方面会更好加工精度。

机电一体化分析技术可以有效预测机床的动态误差，机床的动态误差性能与各轴运动铸造的惯性(质量)有关。用户定义空运行时机器加速度的动态误差，可确定移动铸件的重量。将动态误差作为拓扑优化的极限条件，该结构的优化结果直接关系到最终的切割精度。

机电一体化结构拓扑优化设计技术的标准操作流程:用户定义所需机器在空运行加速度下的动态误差。机床的机电一体化专用模块，可对运动铸件的动态误差与重量曲线之间的数学关系进行反求。利用上述关系式作为拓扑优化的极限条件，该结构的优化结果可以直接满足设计者的动态误差要求。与传统的拓扑优化技术相比，在初始设计阶段不需要结合机电一体化技术来确定动态误差性能。通过在开发端修改铸件设计，可以确认机器和伺服控制后产生的路径误差是否符合客户的精度要求。电子控制的机器过程也在发展阶段。通过集成不同伺服控制参数和结构，可以将机构、电气控制、工艺快速集成到机床开发的初始阶段，提高机床开发效率。设计技术的全面变化将导致一个质变、高质量的机床设计过程。