机床床身结构优化设计

王囡 黎世辉

1.沈阳优尼斯智能装备有限公司； 2.希斯机床（沈阳）有限责任公司

机械制造业是国家发展的重要基础，尤其现在我国的科技、经济、文化等方面发展迅速，更需要机械制造业作为重要基础，机床设备作为机械制造业的核心，是科研人员的重要研究对象。但是，现阶段我国机床设计大部分仍然是传统型，缺乏创新，过程较为繁琐，企业在运营过程中很可能会因此产生较大的障碍，无法正常的工作。所以，下面将针对机床本身进行分析探讨，提出优化设计方案，旨在为我们国家的机床发展提供一些理论基础。

一、优化设计方法

根据机床本身的性质以及以往的设计经验，现可以提出以下三个设计步骤：首先，将机床最大静动态刚度作为分析要点，根据其性能确认主要目的，着重优化机床床身垫铁结构；其次，依次营造各种不一样的工况环境，在每种环境下进行实验，记录相关数据，着重优化机床内部加筋板布局；最后，为了实现节省材料以及减轻机床自身负担的目的，应当实现结构质量最小化的目的，着重优化机床构件尺寸。

（一）无筋板框架结构垫铁位置优化。在机床设计中，垫铁位置是研究人员重点探讨对象，通常垫铁位置是否恰当会直接对机床本身产生相应的作用，对其稳定性以及可靠性的提升都有很大的帮助。根据实验时的相关经验和数据，优化以往的数学模型，建立新型数学模型，通过数学模型内的数据联系以及数学特征进行求解。另外，在一些特殊情况下还可以再利用一些其他的数学方法比如多岛遗传算法等来进一步演算推导，最终则可以获得最佳的垫铁位置方案。

（二）筋板布局优化。再垫铁位置优化完成后，机床的性能也就有一定程度的提升，因此，在此基础上，就可以对筋板布局进行科学探讨，制定相应的优化方案，建立数学模型（1）如下：

（三）筋板的尺寸优化。在筋板制造中所用到的材料一般都不会很经济，所以注重节省不必要的材料可以有效减少开支。因此，在设计时应当充分研究筋板的性质特点，以此为基础进行优化，改变筋板的结构或者在不必要的地方减少适当的材料。一般情况下，在建模过程中可以以床身质量为出发点，利用数学理论中的方差、加权平均值等进行设计。

二、案例分析

（一）研究对象分析。下面将选用一款良好的数控外圆磨床作为研究对象。这款机床内部具有6块横隔板，框架厚约30mm，筋板厚约30mm。接下来将对这款机床进行相关分析。

（二）机床床身垫铁位置的优化设计。在设计中应当从实际出发，充分研究垫铁位置的不同对机床性能带来的不同影响，依照实验数据找出最合理的位置。在实验中要首先制定数学模型，根据机床本身的性质以及机床材料来进行合理分析，初步建立一个合理的数学模型。接着根据数学模型进行优化，设计出最简模型，这样实验的难度也会大大减少。最后根据数学模型的要求进行垫铁调整，通过不同位置的实验数据对比找出最准确的位置，得出科学的结论。因此，在垫铁位置优化后，各方面性能都会提升，有利于工作。

（三）筋板布局优化。通过垫铁位置优化，后续的优化设计将会减少许多难度。在筋板布局中，已经得到了前文所述的数学模型，但是此模型还有一些不足，难以全面解决问题的根本，因此，还需要对此模型进行处理。根据实际工作中的一些故障经验可以知道，筋板承重部分相对于其他部位承载着更多的任务，是十分重要的地方，但同时也经常出现一些问题。另外，在筋板布局改善后，床体的刚度方面也有较大的改善，避免了许多影响因素。同时，还可以降低固有频率，是机床趋于完善。因此，在研究中要针对于承重部分进行深入的分析，对数学模型进行充分的优化设计，在实验中要进行多次精密的尝试，对于一些特殊情况下还要观察是否要用镂空结构。

（四）构件尺寸优化。构件尺寸是机床设计中的重要内容，有着牵一发动全身的效果，如果构件尺寸不合理，则很有可能大大降低机床的运转效率。在设计中首先应当从板筋材料以及板筋布局出发，详细了解其基本性质工作特点，然后就可以进行数学建模，通过模型进行研究分析，制定最佳方案，找出最合适的构件尺寸。另外，必须要从初始设计出发进行探讨，不然很可能不会获得正面的效果，甚至还可能造成不好的影响。

（五）优化结果对比。在经过一系列的优化设计后，机床的性能都有显著的改善和提升，具体表现如下：优化后的机床的床身数据方面都有可观的结果，在左极限部位的工作效果有很多改善，中间位置的韧性等方面同样大大加强。机床的质量减少了许多，减少了材料的使用，同时工作效率也没有受到影响。除此之外，机床的耐久度相比于之前也有较大的提升，为现代工业发展提供了有力的保障。

三、结语

综上所述，通过无筋板框架结构垫铁位置、筋板布局和筋板尺寸这三个重要部位的相关优化设计，机床的性能得到了很大程度上的提升，机床也更加适应许多高强度以及特殊情况。本文建立了相关的数学模型，针对机床床身的各个部位，依照其性质进行探索发现，寻找出一些较为基础实用的改进方式。但是在本文的基础要求之上，操作人员在实际中还要结合机床自身独特的特点，合理优化构件尺寸等，这样才可以全面完善机床的不足，提升机床性能，是机床在工作中更加安全高效。