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前言：

CNC加工中心在工作過程中要承受復雜的靜動態載荷和從外界傳來的振動的影響，為保證加工質量和加工效率，要求其結構具有良好的動態性能'加工中心整機動態性能的優劣取決于各子部件動態特性的優劣。立柱作為加工中心的主要功能子部件之一，其動態特性是決定加工中心抗振性能的重要因素，提高其動態特性有助于提高加工中心整機的加工精度等性能p-\因此對立柱結構進行優化設計和模態分析是很有必要的。

現階段加工中心結構優化設計方法主要分為3個方面:結構尺度的優化設計、結構形狀的優化設計及拓撲優化M。[10] 拓撲優化設計是以確定結構最優拓撲為目標的優化方法；結構的形狀優化設計是以確定結構的最優形狀為目標的優化方法；尺度優化設計師以確定結構中各子部分的尺寸為目標的優化方法。如：R. Neugebauej•等^[5]應用仿生學原理，重新設計加工中心結構，使加工中心重量得到了減輕，并在一定程度上提高了加工中心的剛度與質量之比。L. Krdl等M運用拓撲優化方法，實現了加工中心的輕量化設計的目標。根據出發點的不同，國內優化設計研究主要分為兩方面的內容:第一方面是從結構的整體出發，對加工中心結構進行參數或拓撲優化設計1第二方面利用元結構的思想，對構成加工中心結構的單元進行研究，以提高加工中心床身的性能H。論文了利用元結構的思想結合形狀優化與尺寸優化方法對立柱進行了結構改進。

元結構的基本思想就是_個結構體就其組成的形體進行解剖分解，最終獲得一些最基本的單元結構,這些單元結構被稱之為元結構^11]。元結構所具有的形態特征表現為：具有典型筋板形式和出砂孔等結構特征。利用元結構思想對立柱進行解剖分解處理，其依據的是快速設計及框架優選的設計思想，即將目標結構分割為一定數量的相同元結構單元，再通過優化單元體內部的結構特征，從而提高目標結構的動態特性能基于元結構的動態優化方法包含5個具體的步驟:1)將目標結構分為元結構和框架結構;3對元結構進行動態優化設計;3對框架結構進行動態優化設計;4重新建立整體結構的變量化模型;3確定設計變量并進行結構體的優化設計M。本文把組成立柱結構的最小單元稱為元結構，立柱的宏觀構形為框架結構。元結構的動態特性在一定程度上直接影響立柱的動態特性，從而影響整機的動態性能[14]。許多的元結構通過組合可以形成目標結構，加工中心立柱作為目標結構，其也是由若干個結構相同的元結構組成。影響元結構的模態頻率的因素有很多，主要體現在筋板類型、筋板的厚度和固定方式3個方面。這3個方面通過影響兀結構的動態特性對加工中心立柱的模態頻率帶來不同程度的影響M。

該立柱大體呈“回”字型，高寬比較大，兩側剛度較低，重心過高。這使得立柱的固有頻率偏小，引起加工中心整機的固有頻率偏低，加工中心的性能降低引起加工中心加工過程中立柱產生較大的振動。為了保證立柱具有較高的固有頻率和剛度，提高其動態性能，對其進行了結構方面的改進，以滿足設計的要求。文章從筋板形式和筋板厚度對元結構模態參數影響兩個方面進行了研究，并將研究所得的結果運用到了立柱結構的動態優化設計過程中，使得立柱固有頻率得到了很大的提高。

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結束語：

1)為了提高加工中心立柱的模態參數，提出了基于元結構對立柱結構的優化方法。該方法為其他加工中心基礎件動態優化提供了_種簡潔的技術途徑，對于結構參數優化具有一定的指導作用，對于結構快速優化設計也有具有—定的參考價值。

2)研究結果表明該方法也可以有效地控制其他加工中心結構在設計階段的隱形參數，為加工中心剛度評價系統的建立提供數據支撐。結合模態測試實驗與有限元模態分析可以提高研究結果的準確性。

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基于元結構的機匣加工中心立柱動態優化設計

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