高速卧式加工中心立柱结构性能的分析与优化*

1 研究背景

高速卧式加工中心是现代制造体系中高效且精密的加工装备。立柱作为高速卧式加工中心结构的支承件，不仅在布局、质量与材料等方面影响机床的整体性能，而且其结构性能对机床的精度和可靠性有重要影响［1-2］，因此，对高速卧式加工中心典型支承件———立柱的结构性能主要参数进行分析和研究，使其得到合理的结构性能提升具有重要意义。

机床及立柱结构性能计算与优化的方法较多。王延忠等［3］利用有限元方法对床身进行了模态和静力学分析，从而对立柱设计中的薄弱环节进行改进。王富强等［4］应用结构动态优化原理和有限元法中的变量化分析方法,对立柱的单元结构进行动态特性分析，提出了对结构的优化方案。渐进结构优化方法、ANSYS参数化设计语言和优化设计方法，以及变量化设计技术都被用于研究和分析支承件的结构性能，对结构性能参数的优化研究是当前各种方法的应用基础［5-6］。将动静态结构性能参数的变化与结构优化过程中的敏感连接部位和结构加强筋建立联系，从而直观地分析和对比立柱敏感部位、结构变化与立柱动静态结构性能变化之间的相互影响与关联，可较快得到可行的结构性能优化方案,有助于提高结构设计及优化效率。

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结论

对高速卧式加工中心立柱及相关系统进行了特定工况下结构性能核心参数的求解与分析，表明结构静态特性满足既定要求，动态特性需要改善。对立柱各阶模态固有频率和振型进行分析，得出动态特性的评价参照。在分析的基础上，提出对立柱结构进行优化设计的两种方案。

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