方 浩，王彦伟

武汉工程大学机电工程学院，湖北 武汉 430205

数控机床的工作性能及数控机床产品质量的好坏与数控机床动态性能息息相关。立柱连接主轴箱和床身，是数控机床的核心结构，影响数控机床刚度，要确保整个数控机床的动态性能，必须首先保证立柱具有良好的动态性能［1］。所以提高数控机床立柱的动静态特性，对于保证加工零件的精度有重要意义。

机床结构优化方法众多，以元结构思想优化为主的结构设计在工程中得到广泛应用［2］；王孚懋等［3］在 B-E（Bernoulli-Euler）梁有限元理论指导下，创建机床弹性轴动力学模型，并在MATLAB中求出弯曲振动的固有频率；刘成颖等［4］为得出对机床低阶频率和振型影响最大的构件，对机床进行模态分析，分析了机床的各阶固有频率与振型；HUANG等［5］应用有限元方法，找到了辨识整机静刚度薄弱环节的方法；于长亮等［6］通过对机床动刚度进行分析，辨识出不同模态下整机的薄弱环节；张兴朝等［7］采用有限元法分析了机床的支腿和横梁等多种元结构的动态特性，通过比较分析，选择较好的元结构用于立柱的整体结构设计，效果显著。同时，根据立柱尺寸变化对立柱动态特性的影响，对龙门式立柱整体外形进行了优化设计。在以往对立柱动态性能的结构优化研究中，大多都忽略了立柱动态结构特性的灵敏度分析，使得优化设计存在非最优性和盲目性［8］。

本文以数控机床立柱结构动态特性灵敏度分析为基础，运用有限元分析方法，对立柱进行优化设计，在保证立柱动态性能的同时，减少立柱的重量。……