機床床身結構優化設計

王囡 黎世輝

摘要：機床床身是數控機床的重要組成部分，其設計合理性對機床使用周期和質量都會產生較大影響。基于數學計算模型構建，對無筋板框架結構墊鐵位置、筋板布局以及筋板尺寸三大主要部位進行優，為機床床身結構設計提供理論參考。

關鍵詞：機床床身 結構優化 優化技術

機械制造業是國家發展的重要基礎，尤其現在我國的科技、經濟、文化等方面發展迅速，更需要機械制造業作為重要基礎，機床設備作為機械制造業的核心，是科研人員的重要研究對象。但是，現階段我國機床設計大部分仍然是傳統型，缺乏創新，過程較為繁瑣，企業在運營過程中很可能會因此產生較大的障礙，無法正常的工作。所以，下面將針對機床本身進行分析探討，提出優化設計方案，旨在為我們國家的機床發展提供一些理論基礎。

一、優化設計方法

根據機床本身的性質以及以往的設計經驗，現可以提出以下三個設計步驟：首先，將機床最大靜動態剛度作為分析要點，根據其性能確認主要目的，著重優化機床床身墊鐵結構;其次，依次營造各種不一樣的工況環境，在每種環境下進行實驗，記錄相關數據，著重優化機床內部加筋板布局;最后，為了實現節省材料以及減輕機床自身負擔的目的，應當實現結構質量最小化的目的，著重優化機床構件尺寸。

（一）無筋板框架結構墊鐵位置優化。在機床設計中，墊鐵位置是研究人員重點探討對象，通常墊鐵位置是否恰當會直接對機床本身產生相應的作用，對其穩定性以及可靠性的提升都有很大的幫助。根據實驗時的相關經驗和數據，優化以往的數學模型，建立新型數學模型，通過數學模型內的數據聯系以及數學特征進行求解。另外，在一些特殊情況下還可以再利用一些其他的數學方法比如多島遺傳算法等來進一步演算推導，最終則可以獲得最佳的墊鐵位置方案。

（二）筋板布局優化。再墊鐵位置優化完成后，機床的性能也就有一定程度的提升，因此，在此基礎上，就可以對筋板布局進行科學探討，制定相應的優化方案，建立數學模型（1）如下：

（三）筋板的尺寸優化。在筋板制造中所用到的材料一般都不會很經濟，所以注重節省不必要的材料可以有效減少開支。因此，在設計時應當充分研究筋板的性質特點，以此為基礎進行優化，改變筋板的結構或者在不必要的地方減少適當的材料。一般情況下，在建模過程中可以以床身質量為出發點，利用數學理論中的方差、加權平均值等進行設計。

二、案例分析

（一）研究對象分析。下面將選用一款良好的數控外圓磨床作為研究對象。這款機床內部具有6塊橫隔板，框架厚約30mm，筋板厚約30mm。接下來將對這款機床進行相關分析。

（二）機床床身墊鐵位置的優化設計。在設計中應當從實際出發，充分研究墊鐵位置的不同對機床性能帶來的不同影響，依照實驗數據找出最合理的位置。在實驗中要首先制定數學模型，根據機床本身的性質以及機床材料來進行合理分析，初步建立一個合理的數學模型。接著根據數學模型進行優化，設計出最簡模型，這樣實驗的難度也會大大減少。最后根據數學模型的要求進行墊鐵調整，通過不同位置的實驗數據對比找出最準確的位置，得出科學的結論。因此，在墊鐵位置優化后，各方面性能都會提升，有利于工作。

（三）筋板布局優化。通過墊鐵位置優化，后續的優化設計將會減少許多難度。在筋板布局中，已經得到了前文所述的數學模型，但是此模型還有一些不足，難以全面解決問題的根本，因此，還需要對此模型進行處理。根據實際工作中的一些故障經驗可以知道，筋板承重部分相對于其他部位承載著更多的任務，是十分重要的地方，但同時也經常出現一些問題。另外，在筋板布局改善后，床體的剛度方面也有較大的改善，避免了許多影響因素。同時，還可以降低固有頻率，是機床趨于完善。因此，在研究中要針對于承重部分進行深入的分析，對數學模型進行充分的優化設計，在實驗中要進行多次精密的嘗試，對于一些特殊情況下還要觀察是否要用鏤空結構。

（四）構件尺寸優化。構件尺寸是機床設計中的重要內容，有著牽一發動全身的效果，如果構件尺寸不合理，則很有可能大大降低機床的運轉效率。在設計中首先應當從板筋材料以及板筋布局出發，詳細了解其基本性質工作特點，然后就可以進行數學建模，通過模型進行研究分析，制定最佳方案，找出最合適的構件尺寸。另外，必須要從初始設計出發進行探討，不然很可能不會獲得正面的效果，甚至還可能造成不好的影響。

（五）優化結果對比。在經過一系列的優化設計后，機床的性能都有顯著的改善和提升，具體表現如下：優化后的機床的床身數據方面都有可觀的結果，在左極限部位的工作效果有很多改善，中間位置的韌性等方面同樣大大加強。機床的質量減少了許多，減少了材料的使用，同時工作效率也沒有受到影響。除此之外，機床的耐久度相比于之前也有較大的提升，為現代工業發展提供了有力的保障。

三、結語

綜上所述，通過無筋板框架結構墊鐵位置、筋板布局和筋板尺寸這三個重要部位的相關優化設計，機床的性能得到了很大程度上的提升，機床也更加適應許多高強度以及特殊情況。本文建立了相關的數學模型，針對機床床身的各個部位，依照其性質進行探索發現，尋找出一些較為基礎實用的改進方式。但是在本文的基礎要求之上，操作人員在實際中還要結合機床自身獨特的特點，合理優化構件尺寸等，這樣才可以全面完善機床的不足，提升機床性能，是機床在工作中更加安全高效。