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斜床身车床的导轨尺寸和床身结构优化设计

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机床是工业生产的载体，机床设计过程中，机床导轨结合面以及支承件的设计是机床设计的重要组成部分。随着科学技术的不断发展，过去经验式的机床设计方法已经不能够满足现代机床设计要求。当今社会，面向机床导轨结合面和支承件的高效率，低能耗，高性能的机床设计方法有待发展。本文基于机床静刚度性能就机床导轨结合面尺寸设计和支承件结构轻量化设计展开讨论。
　　本文结合专项中斜床身车床展开讨论，通过对导轨系统性能与尺寸的定性研究，结合传统机床导轨尺寸设计方法，得出较为完善的导轨尺寸设计方法;然后运用所研究的方法对斜床身床鞍-床身导轨尺寸进行设计;最后根据结构优化理论对床身结构进行轻量化设计。本文具体研究内容如下:
　　(1)对本文所运用到的相关理论进行介绍，包括有限元理论、结构优化理论和正交函数数值拟合的最小二乘理论;具体阐述了每个理论的运用方法、运用范围、计算流程和相关应用实例。
　　(2)对机床导轨系统性能进行了初步研究，得出了在导轨系统各个零部件不同刚度下，欲使导轨性能达到最优，则导轨跨距也各有不同，因此希望通过对导轨系统中各个零部件刚度的研究得出导轨系统的最优跨距。
　　(3)根据(2)中研究的机床导轨尺寸设计方法，分别研究斜床身车床床鞍-床身导轨系统各个零部件刚度，并对导轨系统跨距和接触长度进行设计，同时将设计后导轨系统与原导轨系统性能进行对比，得到设计后比设计前导轨系统静刚度性能提高9％。
　　(4)建立床身载荷的力学求解模型，求解常用工况下的床身载荷。建立床身结构优化物理模型，采用OptiStruct拓扑优化分析软件对床身进行拓扑优化设计，得到床身内部结构的最佳材料分布;根据床身内部结构材料分布情况对床身壁板和主筋板的结构形式进行设计。在上述床身壁板和主筋板设计的机床上，对床身壁板和主筋板进行尺寸优化，完成床身的结构优化设计。通过对结构优化前后床身性能的分析与对比，得到优化后床身在保证原结构性能的前提下减重8.38％，达到了设计指标。

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