卧式加工中心床身结构特性分析及轻量化设计 *
床身是机床的重要组成部分，机床的众多重要部件都是以床身为载体进行安装的。因而，作为基础件的床身必须具有高刚度和良好的抗振性。在传统的设计中，床 身 在 满 足 设 计 要 求 时，质量往往是偏大的，这 无疑会造成材料的浪费。因此，如何在尽量不改变床身原有的静动态特性的基础上，合理地优化床身的内部尺寸，实现床身的轻量化，是值得研究的问题。
对于床身的优化设计，研究人员进行了大量的研究。［1］运用有限元分析方法，在床身结构动态特性灵敏度分析的基础上，对其结构与动态性能进行优化，在保证良好动态性能的同时，减轻了床身质量。［2］根据磨床床身结构分析的结果，提出改进 方 法，并对改进后的床身进行拓扑优化，实 现 了 高刚 度、轻质量的床身优化设计。陈 叶 林 等［3］基于 尺 寸优化及拓扑优化技术对机床床身内部筋板的结构、布局及垫铁位置进行优化，减 小 了 床 身 的 质 量，提 高 了床 身 的 刚 度。［4］以筋板和底部出砂孔的尺寸为设 计 参 数，以 床 身 质 量、1阶固有频率为优化目标对床 身 进 行 了 优 化。优 化 后，床身的振幅值大幅下降。
在对床身进行优化时，多数研究人员以变形、应力、第1阶固有频率为约束条件，但这并不能保证优化后1阶固有频率之后的其他阶固有频率值均高于 优 化 前 的 值，因 此，文中以变形、 应 力 和 前4阶固有频率保持不变为约束条件，以床身壁厚和筋板纵向、横向厚度为设计参数，床身小为优化目标，建立数学模型求解计算，得到优化后的壁厚与筋板尺寸。最后，对优化后的模型进行有限元分析，将优化前后床身特性及质量进行对比。
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