1. 研究目的与意义
数控机床是实现制造技术和装备制造业现代化的重要基础装备, 其性能、质量和拥有量是衡量一个国家工业现代化水平、综合国力的重要标志。立柱是加工中心重要结构部件之一, 其结构特性对加工中心的性能影响很大。主要体现在加工精度、抗振性能、切削效率、使用寿命等方面。因此立柱是加工中心中最关键的受力构件, 它的强度、刚度好坏将直接影响到机床的精度和寿命。
当前，随着有限元软件计算规模的增大和计算机计算速度的加快，在较短时间内进行复杂结构形式的数控机床大件的动态优化设计成为可能。对所研究的结构，用CAD软件建立几何模型，将建立的模型导入有限元分析软件环境中，或者直接在有限元分析软件环境下建立简化的研究对象的几何模型。施加了载荷及定义完边界约束条件后，可以迅速地进行静态、动态的分析，利用可视化的后处理或对计算结果数据处理，可以比较容易地分析出结构的薄弱环节，在进行了结构的几何模型修改之后，再次进行有限元分析，如此反复，直到满足设计要求为止。
2. 国内外研究现状分析
2006年赵新的《铣削加工中心立柱静动态性能》本文采用动态设计的思想，对铣削加工中心立柱结构进行了系统的动力学分析和仿真，分析、预测立柱结构的静动态特性，尤其是分析结构的模态特征以提高立柱结构的动态性能。在理论分析的基础上，通过有限元分析和实体虚拟仿真，得到立柱结构较真实的动力学特性，求解出了立柱结构在加工要求条件下的变形图，给出直观的变形量；并求出立柱结构的前六阶模态振型及固有频率；为铣削加工中心立柱结构的设计技术指标提供了解决途径和理论依据，对机床设计和实际应用都具有一定的参考价值。
期刊论文 汪海滨.徐振高.谭印书.wang hai-bin.xu zhen-gao.tan yin-shu 《数控加工中心立柱应变的快速测试方法》 -制造业自动化2007,29(5) 结合工厂的实际情况,提出了一种机床立柱应变的快速测试方法.该方法对数控加工中心立柱刚度的评定和结构改进具有实用价值,可为其他机床的应变测试提供参考.
期刊论文 徐开元.徐武彬.张宏献.唐满宾.xu kai-yuan.xu wu-bin.zhang hong-xian.tang man-bin 《vmc-1000型立式加工中心立柱结构分析与动态设计》 -组合机床与自动化加工技术2010,(4） 以立式加工中心立柱结构作为研究对象,提出了三种不同结构,并运用有限元思想,利用ansys软件对其进行了结构分析和板筋试验研究,得到现有立柱的静动态特性.给出内部板筋的最佳结构形式,为今后机床板筋设计提供必要的理论依据.
3. 研究的基本内容与计划
本课题以某型号立式加工中心为研究对象，采用动态设计的方法，用pro /e 或solidworks等软件建立三维模型，用ansys软件对加工中心立柱部件进行静力分析和模态分析, 了解立柱的应力应变分布情况、固有频率，考查目前设计的结构存在哪些薄弱环节，是否还有还有进一步提升的空间。达到在提高强度和刚度前提下,尽量减轻机身重量、为今后机床结构设计提供必要的理论依据。
1．2015年03月 查阅和设计任务相关的资料，进行ansys软件的入门学习；（2周）
2．2015年03月 确立工作方案，开题报告撰写；（2周）
4. 研究创新点
此次设计的加工中心立柱采用框架封闭结构，内部采用斜向肋板提高立柱的抗弯、抗扭能力，而且单位重量的刚度比其他结构的刚度要高，这种结构符合刚度大、热对称性好和稳定性好的特点。这种结构的特点是：（1）由于力的作用点在立柱的中央，因此立柱受扭矩力的因素少;（2）热对称性好，主轴箱式机床的主要热源，而它正好处于框形中间，使立柱结构成为热对称结构，这就减小了热变形的影响；（3）稳定性好，由于立柱结构采用框架结构箱式布置，立柱的抗弯、抗扭刚度以及构件的固有频率都能得到提高。
