横梁作为桥式龙门铣床的主要移动部件,其结构设计直接影响机床整机的工作性能。为此,提出了一种以质量屋为核心,融合正交试验设计、模糊线性回归理论和(0~1)目标规划优势于一体的横梁优选设计方法。在调研咨询确定横梁设计需求的基础上,运用层次分析法计算设计需求相对权重;通过正交试验设计制定横梁候选方案,获得横梁工程特性三维建模仿真值,并进行横梁设计方案符合度等级的评定,从而完成质量屋的构建;运用模糊线性回归理论建立质量屋中参数之间的函数关系,并构建(0~1)目标规划模型进行方案优选,确定参数组合为“箱中箱—井—20mm—线轨”的横梁优选方案。研究结果表明优选设计后,横梁的静动态性能明显得到改善,且实现了轻量化设计,验证了所提方法的正确性和可行性。

以桥式龙门铣床滑枕为研究对象，针对其结构特点，建立了滑枕有限元分析模型，利用ANSYS Workbench对其进行静动态特性仿真分析。根据有限元分析结果，找出原滑枕结构的薄弱环节，设计了5种滑枕结构改进方案，并运用静动态性能模糊综合评价方法实现滑枕改进方案的多目标优选。对优选方案的关键尺寸进行优化，得到最终的滑枕优化结构，并对其进行验证分析。结果表明对滑枕的结构改进和关键尺寸优化有效提高了滑枕的静动态特性，优化后的滑枕最大变形减小了63.7%，最大应力减小了81.3%，一阶固有频率增加了34.6%，同时，滑枕质量减小了5.3%，实现了滑枕的轻量化设计，为数控机床其它关键零部件的设计提供了有益参考。

针对现有的龙门加工中心机械主轴存在的转速低、振动噪声大和散热不良的缺点,设计了一种由定转子驱动的机械主轴单元。该定转子单元类似电主轴,外部采用冷却套,并在主轴中心出水,有利于降低温升,带走定转子的热量;轴承采用油脂润滑的方式,不需要任何附加装置和特别维护,降低了成本;机械主轴采用液压打刀缸和碟簧实现拉松刀,轴端采用迷宫密封和气密封相结合的形式,防止切削液和杂质进入轴承内部引起轴承振动或烧伤;联轴器采用碳纤维材料,并在联轴器中间设计连接水管用于中心出水,既降低了两轴偏移引起的附加载荷,又降低了加工时产生的局部高温,延长刀具寿命。测试结果表明,该主轴克服了皮带式主轴在转速高时振动大和直联式机械主轴温升大的缺点,降低了主轴由于高速旋转产生的噪声和振动,提高了主轴的加工精度和稳定性。

机床横梁是机床零部件主要支撑部件,对机床的加工精度影响很大,因此,需要对横梁自身的结构进行优化,以提高机床加工精度。文中首先对原横梁进行仿真分析,并依次分别对横梁薄弱位置的结构、筋板结构、筋板厚度进行了设计与分析,采用灰色关联—层次分析法对不同筋板厚度的横梁进行分析与数据处理,最终获得最优方案。结果表明,横梁＂井＂型筋板结构设计,上导轨支撑筋板倾斜55°,筋板厚度15mm为最优方案,优化后横梁质量减轻了751kg,形变量减少了3.6%,一阶固有频率增加了3.5%,优化设计效果明显,为机床其它零部件的设计提供了方法参考。