刘 江 王兆涛 阮业康

(①北京科技大学机械工程学院，北京 100083；②中船重工武汉船用机械有限责任公司，湖北 武汉 430084)

高速加工机床作为现代车间柔性化生产的基本单元，不仅具有较高的生产效率和加工精度，还具备快速响应、快速移动的特点，因此，为其设计轻质量、低惯量及高刚性的部件就显得十分重要[1]。

要保证高速加工机床在高速加工的过程中具有很高的加工精度，就必须保证其具有很好的动态特性。传统的机床结构设计方法是一种基于技术和经验积累的设计方法，虽然减少了机床设计阶段的工作量，但是机床无法获得较好的动态特性[2]。因此，在机床的设计过程中必须对机床部件进行动态性能优化设计。

找到机床结构上的薄弱区域的位置是动态性能优化设计的前提，现有的方法主要是通过振型动画判断出薄弱区域的位置。优点是可以通过有限元软件直观地观察出零部件的振动形态，而缺点是无法准确找到薄弱区域位置，使优化设计过程具有一定的盲目性。

能量平衡原理主要考察结构振动时候的势能和动能的分布情况[3]。动能分布集中的地方，其相对质量过大，应该减少该部分的质量；弹性势能分布集中的地方，其相对刚度较低，应增加该部分的局部刚度。该方法的优点是能够从能量分布云图准确地找到薄弱位置进行改进，缺点是能量是标量，无法从能量分布情况了解振动的形态。

本文提出以能量平衡为主、振型分析为辅，通过提高机床部件能量分布的均匀性来提高机床动态性能的方法，以数控雕铣机龙门架动态优化设计为例阐述这一方法的具体内容。……