基于動態靈敏度的數控機床立柱優化設計

方 浩，王彥偉

武漢工程大學機電工程學院，湖北 武漢 430205

數控機床的工作性能及數控機床產品質量的好壞與數控機床動態性能息息相關。立柱連接主軸箱和床身，是數控機床的核心結構，影響數控機床剛度，要確保整個數控機床的動態性能，必須首先保證立柱具有良好的動態性能［1］。所以提高數控機床立柱的動靜態特性，對于保證加工零件的精度有重要意義。

機床結構優化方法眾多，以元結構思想優化為主的結構設計在工程中得到廣泛應用［2］；王孚懋等［3］在 B-E（Bernoulli-Euler）梁有限元理論指導下，創建機床彈性軸動力學模型，并在MATLAB中求出彎曲振動的固有頻率；劉成穎等［4］為得出對機床低階頻率和振型影響最大的構件，對機床進行模態分析，分析了機床的各階固有頻率與振型；HUANG等［5］應用有限元方法，找到了辨識整機靜剛度薄弱環節的方法；于長亮等［6］通過對機床動剛度進行分析，辨識出不同模態下整機的薄弱環節；張興朝等［7］采用有限元法分析了機床的支腿和橫梁等多種元結構的動態特性，通過比較分析，選擇較好的元結構用于立柱的整體結構設計，效果顯著。同時，根據立柱尺寸變化對立柱動態特性的影響，對龍門式立柱整體外形進行了優化設計。在以往對立柱動態性能的結構優化研究中，大多都忽略了立柱動態結構特性的靈敏度分析，使得優化設計存在非最優性和盲目性［8］。

本文以數控機床立柱結構動態特性靈敏度分析為基礎，運用有限元分析方法，對立柱進行優化設計，在保證立柱動態性能的同時，減少立柱的重量。……