机床结构设计和有限元分析的国内外研究现状

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1、国内研究现状目前，在机床的结构设计、分析以及优化领域国内研究人员所做的研究工作主要包括这样几个方面:静力学分析、动力学分析、模态分析、谐响应分析、尺寸优化、拓扑优化等。多年来各高校在机床设计领域的研究取得了丰硕的成果，并具有深远的影响和指导意义。50671

2006年大连理工大学杨永亮、梁延德对C6140普通车床的床身做了优化设计

工作，并在床身内部添加横梁结构，对其进行灵敏度分析，取得了很好的优化效果。

2006年武汉理工大学陈龙、文湘隆等人使用ANSYS对机床各类轴进行了结构分析和优化设计。

2009年常州机电职业技术学院的周保牛、周岳和宋黎光根据柴油机机体缸套孔系结构及精度要求，提出了镗车复合加工新工艺，研究设计了双轴进给精镗止口、缸套孔、套筒偏心双层主轴单轴驱动精车止口端面立式数控机床，为稳定高效加工柴油机机体缸套孔系提供了新技术、新装备。

2009年南航的罗辉、陈蔚芳、叶文华在对机床立柱有限元模型静力学分析和模态分析的基础上对机床立柱的几何参数进行动静态灵敏度分析，确立了对立柱动静态性能有较大影响的参数。并以它们为优化设计变量，在有限元协同仿真的环境下，对机床立柱进行了多目标优化，最终用层次分析法从生成的方案中选取最优解，从而在控制机床立柱重量的前提下，提高了机床立柱的动静态性能。

2011年吉林大学机械科学与工程学院的付俊涛针对大型双柱立式车床进行有限元分析和结构优化，对关键零部件进行了轻量化设计研究，既减小了机床自重又提高了加工性能。为大型机床结构的轻量化设计提供了可行的方法，同时对今后数控立车的设计、生产和应用具有一定的实际参考意义。

文献[3]研究了滑枕制造工艺中的难点，如深孔加工、内孔与工件外形的各项形位公差、表面粗糙度值以及热处理技术等，获得了较高质量的滑枕；文献[4]研究了滑枕压板体的铸件工艺，利用灰铸铁在凝固过程中固有的石墨化膨胀特性，配合石墨冷铁和专用冒口，降低了废品率，提高了工艺出品率；文献[5]采用有限元分析方法获得了不同结构的滑枕在相同载荷工况下的变形位移和应力分布，对滑枕导轨的分布形式进行了优化设计；文献[6]采用有限元方法对大型数控落地镗铣床滑枕进行了静力分析，分析了滑枕的应力和变形情况，并通过模态分析，得到了滑枕的动态特性。文献[7]则对数控落地镗床滑枕的弯曲变形误差进行了分析，并通过弯曲变形补偿机构，提高了机床的加工精度和加工质量；文献[8-11]也分别就滑枕下垂变形问题，采用了不用的补偿方法，取得了较好的效果；国外也主要针对滑枕的切削力变形、热变形等问题，进行了相应的研究，如Rah man Marbury等采用电液比例控制方式对滑枕低头进行补偿，通过准确把握滑枕各个阶段的变形函数取得了一定的补偿效果[16]；S.K.Kim等运用有限元方法建立了机床滚珠丝杠系统的温度场；S.Yang等运用小脑模型连接控制器(CMAC)神经网络建立机床热误差模型。

目前针对滑枕的研究更多针对的是卧式机床，滑枕多为水平运动论文网，而对立式机床滑枕的动静态刚度及动静态力学性能研究较少，对滑枕弯曲补偿的研究多基于其低速运动条件下，对于快速运动的滑枕来说往往会出现很大的偏差，另外目前研究的滑枕的行程长度大多不超过2000mm，对大型缸套加工的超长行程滑枕制作工艺及动静态刚度和力学性能研究（行程大于2000mm）则较为少见，因此针对大型缸套用立式数控车床，针对其超长行程滑枕，从其材料、结构、刚度、力、热学特性，系统研究其制作工艺、动静态刚度、动静态力学性能以及误差补偿技术进行研究，对实现大型缸套专用机床的高精度稳定运行是非常必要的。