乔雪涛 杨 泽 王 朋 李 放 周世涛

(中原工学院机电学院，河南 郑州 450007)

立柱是数控机床的关键基础件和导向元件，其静、动态特性直接影响到机床的加工精度。但现阶段立柱结构设计多采用传统的经验设计，材料多选择铸铁材料，无法实现立柱结构的轻量化、高稳定性。采用新型结构和新型材料成为提高立柱静动态特性、高稳定性和抗振的有效手段之一。近年来，国内外学者深入研究了碳纤维、玻璃纤维、钢纤维、玄武岩纤维以及钼纤维作为增强相增强树脂基混凝土的新材料代替传统混凝土材料应用于机床基础件的可能性[1-6]，虽然混杂纤维混凝土相对于未添加纤维混凝土的力学性能有所提升，但相对于数控机床而言仍有所不足。于英华等人为改善机床稳定性、可靠性将玄武岩纤维应用于机床基础件，同时采用遗传算法对机床基础件结构尺寸进行最优化设计，优化后性能有所提升，但是并未对机床基础件材料体积分配进行拓扑优化获取最佳材料分配布局[7-8]。刘江等人基于能量平衡原理来改善机床结构动态特性，优化后的仿真结果表明结构动态特性得到了提升[9]。Twu M J采用先进优化算法对机床结构进行优化，优化结果表明机床性能有所提升，但是其并未将新材料与优化算法相结合同时应用于机床基础件上[10]。Wang Y X 等人采用有限元法中模态分析获取了机床立柱的前20阶频率，基于模态分析对机床立柱的结构进行改进，提高了机床整体的动态性能[11]。……