于长亮，陈 琦

（中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，长春 130000）

卧式加工中心床身灵敏度分析及优化设计

于长亮，陈 琦

（中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，长春 130000）

床身是机床的主要支撑件之一，其动态特性对机床的性能起到关键作用。利用ANSYS Workbench对一种卧式加工中心的床身结构做模态分析，求得床身结构固有频率。计算床身结构各个壁板厚度变化时，质量和固有频率对尺寸的灵敏度，以床身壁板和筋板厚度尺寸作为优化参数，质量为约束条件，前三阶固有频率的加权平均值作为优化目标，建立优化方程。利用MATLAB软件求得优化方程的一组最优值，并通过模态分析对比了优化前后床身的固有频率。结果表明，优化后的床身前三阶固有频率分别提高7.5%、4.2%和5.3%。

机床床身；灵敏度分析；有限元；结构优化

0　引言

床身是高速卧式加工中心的重要支撑件之一，其动力学性能直接影响到机床整机的性能，进而影响机床的加工性能[1～3]。近年来，高档数控机床设计人员逐渐将结构件的动力学性能设计融合到传统的经验设计当中，机床性能得到明显提高[4～6]。

本文利用ANSYS Workbench对一种卧式加工中心的床身结构做了模态分析，得到床身前三阶固有频率及对应振型。通过灵敏度分析法[7,8]，得出壁板和筋板厚度等优化参数对床身质量以及固有频率的影响程度。以板厚为优化参数，床身总质量和板厚范围为约束条件，床身前三阶固有频率的加权平均值为优化目标，建立优化方程，在保证质量不增加的情况下，修改壁板厚度值，以提高床身的前三阶固有频率，为床身结构的优化设计提供理论依据，也为结构件优化设计提供一种较为通用的方法。……