铣车复合加工中心是中高端机床的一种,以高精度、高效率、高速度为特征。直驱摆头动力刀架是铣车复合加工中心的关键性功能部件,其性能的高低对机床的几何精度、加工质量及效率产生直接的影响。刀架支架是直驱摆头动力刀架上最值得进行优化设计的部分,因为其它主要部件主轴电机和力矩电机都是外购的通用件。课题来源于2010年“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项中的子课题立式铣车复合加工中心的研制(编号:2010ZX04001-032)。本文利用拓扑优化和有限元静动态分析相结合的方法,对支架进行了结构轻量化设计。第一步建立支架的有限元模型,对其进行静动态分析,得到设计的基本参数。然后采用拓扑优化的方法进行优化设计,得到了新支架结构设计方案。对新方案进行静、动态分析。分析结果表明:优化后的支架模型静动态特性基本不变,质量降低了22%,达到了优化目标。本文的主要研究内容如下:(1)使用Solidworks对刀架支架进行3D建模,并使用ANSYS Workbench14.0作静态特性分析,得到在不同摆角下最大变形量和最大应力,确定了极限工况。(2)对刀架支架模型进行模态分析,得到其前6阶固有频率,并对各阶振型进行了分析。在模态分析的基础上,对刀架支架进行谐响应分析,得到在激振力作用下的幅频特性曲线图。(3)对刀架支架进行了拓扑优化,得到新的拓扑图案,为支架的优化设计提供了设计参照。(4)建立新的刀架支架模型,并对新模型进行静动态分析,如果不符合设计要求就修改模型,直到达到设计要求。最终建立了合乎要求的刀架支架新模型。