提 出了从 改善结构设计 ，采 用新材料 的角度 出发解决 困扰我 国数控机床加工精 度的难题 。在对 纤维增 强树 脂混凝 土作 为机床基础件的 国内外研 究现状分析的基础 上，提 出基 于拓 扑优化 的方法 、结合数控机床 工作 的环 境条件 ，并考虑材料 自身力学本构 关系来对 纤维增强树脂混凝土机床基础件进行优化设计。最后 给 出了具体解 决策 略 和 思路 。 关键词 纤维增强树脂混凝土 拓扑优化 中图分类号 ：THI4 文献标识码 ：A 数控机床基础件 热动力学 DOI：10．11896／j．issn．1005—023X．2015．015．020 Review ofStructureThermodynamicsTopologicalOptimizingM ethod forFiber Reinforced Resin ConcreteM aterialBasedBasicPartsofCNC M achineTools W ANG M ingxu，YAN Li (SchoolofMechanical＆ ElectricalEngineering，HenanUniversityofTechnology，Zhengzhou450007) Abstract A new research ideaisproposed to solve the machining accuracyofCNC machine tool，which are usingnew materialofasthebasicpartofthemachinebodyandimprovementofstructuredesign．Thedomesticandfo- reign researchofthefiberreinforced resin concretepresentsituation iscarriedon the analysis．Thism ethodofusing topology optimizationand combiningworkingenvironmentconditionsofmachineisproposed．Themechanicalproperty and constitutiverelationshipoffiberreinforcedresin concreteiSconsidered tooptimizethestructureofmachine，these specificsolutionsand ideasaregiven． Keywords fiberreinforcedpolymerconcrete，topologyoptim ization，basicpartsoftheCNC machine，thermo— dynamics 0 引言数控机床是装备制造业的“工作母机”，是振兴制造产业 的关键设备。一个 国家数控机床的产量和技术水平在很大 程度上代表了这个国家制造业技术水平和竞争力。因此，快 速发展数控机床(特别是高档数控机床)对国家的产业安全 、 经济安全和国防安全都具有极其重要的意义，与工信部提 出 的“工业强基工程”相吻合 ，与实现中国迈 向工业强 国的《中 国制造 2025》相适应。 数控机床作为一类复杂的机电一体化高科技产 品，随着 用户对机械零件表面质量和加工精度要求的提高 ，用户对数 控机床的加工精度和加工效率提 出了更高的要求 。机床在 切削金属时 ，机床 自身受到大的复杂多变的载荷和温度场影 响，往往会引起机床振动 ，进而影响加工质量，使得机床性能 不能充分发挥 ，降低机床使用寿命。振动严重时还会产生崩 刃、打刀现象，使得加工无法进行 。此外 ，加工 中，工艺系统 在各种热源(摩擦热、切削热、环境温度和辐射热等)的作用 下 ，产生温度场，致使机床、刀具 、夹具产生热变形 ，从而影响 工件和刀具之间的相对位移，造成加工误差，影响加工精度 。 有调查表明L1]：在精密加工 中，仅热变形影响的制造误差 占 总制造误差的 4O ～7O 。例如某万能磨床的床身，在工作 台和砂轮架重力作用下 ，引起床身导轨凸凹为 4～5fm，而当 磨床运转后 ，由于床身下部油池温度的升 高，床身热变形所 引起 的床身导轨凸凹却高达 25~30 m。日本东京大学佐田 登志夫教授把机床热变形看作是 由于温度变化引起的机床 结构刚度不足，提出了“热刚度”概念 ，将机床的静刚度 、动刚 度、热刚度有机结合在一起进行研究。为此，必须在不断提 高机床 自动化程度的同时，尽可能改善机床的静态性能、动 态性能和热稳定性。笔者认为解决上述问题的途径主要有 ： 一 是优化机床结构，二是使用新型材料 。 机床结构优化方面：近年来随着计算机技术和有限元的 迅速发展 ，研究者在机床结构的优化设计取得了丰硕成果。 如通过试验与理论分析，找 出了机床 的薄弱环节 、针对机床 的薄弱环节进行结构优化 ，使得机 床结构 的动、静态力学性 能得到提高。另外，结构优化中的尺寸优化、形状优化、拓扑 优化技术已经在机床结构优化设计方面发挥着重要作用 。

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