致 谢 35

参 考 文 献 36

第一章 绪论

1。1  引言

当今世界，全世界工业发达的国家对数控机床产业重视度极高，一直为打造高精 度、高自动化机床而拼搏着，以便用此来加快国民经济产业的发展。一直以来，美国、 德国、英国和日本等国家，在国际市场上的竞争，已经产生了一条无形的战线。尤其 是伴随着计算机技术、微电子技术的进步，数控机床从上个世纪 80 年代以后得发展 速度明显提高。在中国加入 WTO 以后，正式参与了世界市场的竞争，如何提高机床 工业的实力和加快机床产业的发展是中国当前艰巨而又紧迫的任务之一[1]。

1。2 课题目的与意义

数控机床作为机床工业产业线上的主流产品，在跟随着世界科技进步的脚步的同 时，已经成为实现制造产业现代化的重要设备，是国防军工业快速发展的战略物资[12]。 数控机床的拥有量及机床性能的高低，是体现一个国家综合实力强弱的重要标志。加 快数控机床产业的发展也是我国制造业发展的需要。随着机械工程技术的快速发展， 装备制造、航空航天及国防军工等对数控机床的需求越来越大，要求也逐渐提高[1]。

立柱是车床最基本而重要的零部件之一，它的结构性能对机床整机的性能有很大 的直接影响，它的静力学性能和动态特性将直接影响到整个机床的加工精度和寿命， 特别是对于高速高精度机床，其静动态特性的研究，对机床性能的分析很重要。在产 品研发的过程中，为了让数控机床具有良好的静动态特性来保证工件的加工精度，特 运用 ABAQUS 有限元分析软件，对 HTM40100 卧式车铣加工中心的立柱进行结构 应力、应变和模态振型分析，找出立柱的薄弱环节，提出结构改进方案建议。

1。3 国内外研究现状

1。3。1 国外研究现状

1。3。2 国内研究现状

1。4 本课题研究的主要内容

（1） 基于 ABAQUS 的 HTM40100 机床立柱有限元分析，分析内容包括在各 种工况下的结构应力、应变和模态振型。

（2） 基于 ABAQUS/CAE 的 HTM40100 立柱结构拓扑优化设计,在降低立柱质 量的同时保证立柱良好的刚度特性，实现 HTM40100 机床立柱结构的优化。

（3） 根据前述优化结果，对 HTM40100 机床立柱提出结构改进建议。

第二章 HTM40100 机床立柱有限元建模

2。1 HTM40100 机床简介

HTM40100 型卧式车铣加工中心是针对国内汽车、航天和军工等行业，在高档数 控机床日益增长的高精度需求下而研制开发的。该机床成功的融合了车削中心与卧式 加工中心的优点，采用 X1、Y、Z1 三个直线轴正交的结构，能进行五轴联动加工， 极大地改善了机床对复杂零件的适应性。该机床体现了当今数控机床高效、高精、复 合化的发展趋势，具有国际领先水平。

HTM40100 采用了模块化的设计，不仅具有第二主轴、下位动力刀架等模块，丰 富了机床的功能，还有加长镗杆等特殊的部件可供用户选择，进一步提高机床的加工 能力。采用电主轴、力矩电机实现了旋转运动的直接驱动，消除了传动间隙，具有理 想的静动刚度，机床的动态响应性能优异，真正具备了对复杂零件进行五轴联动加工 的能力。

2。1。1 HTM40100 机床主要技术参数

图 2-1 HTM40100 框架式结构

上图为 HTM40100 机床的框架式结构，展现了机床的实物结构，可以对机床的