2008 年，根据国内外市场需求， 在生产传统数控机床的基础上， 立项研发高速精密数控雕铣机。 其主要技术指标： 工作台面积 500mm×400mm， 主轴转速 24000r ／ min， 连续输出扭矩 50N•m， 快速移动 15m ／ min， 定位精度 0．01 ／ 300mm， 重复定位精度0．005mm， 主轴电动机功率为 5．5kW。 这是一台兼具高精度和高速、 高效化的新型数控雕铣机， 对机床静动态稳定性研究要求较高。
因此， 结合笔者参与对新型数控雕铣机的设计研制过程， 本文以 Unigraphics NX5．0 和 ANSYS 10．0 为工具， 开展了 GSFD4050 高速精密数控雕铣机结构特性分析与研究。该机型外形如图 1 所示。
1 整机结构简化与有限元模型生成
1．1 整机结构简化
由图 1 可以看出， 机床主轴采用的是电主轴， 其通过主轴套筒直接安装在主轴箱上， 实现机床的切削加工。 床身由于要承受机床工作过程中所有的外力及支承其它部件， 其力学性能及结构要求较高。 机床生产厂家往往借鉴其它类型机床结构特点， 对其结构进行简化。 但要保证其足够的刚度， 在其内部设置了较多的加强筋、 肋板、 倒圆角等。
如果对构成整机的这些部件直接建立有限元分析模型， 因结构、 大小、 材质不同， 会很难进行或者无法进行有限元网格划分 ［1－2］， 从而建立不了用来进行分析的整机模型。 因此， 参考国内外通用的做法， 在受有限元分析软件特点和单台计算机内存有限的情况下， 忽略整机部件上对整机性能影响较小的加强筋、 肋板、 倒圆角等结构， 以及主轴发热对机床的影响和主轴部件的微小变形对整机的影响等因素， 而对整机动、 静态特性影响较大的床身－立
柱－横梁构成的整机框架进行重点分析 ［3］。
对于结构部件的小圆角、 小倒角全部以直角处理； 小角度斜面以平面处理， 去除对分析无影响或影响较小的搭子面、 螺孔及孔内部筋孔等， 去除安装地脚螺钉的凹槽， 去除安装导轨压板的斜槽， 去除安装光栅的支撑台 ［4］。 工作台以内部布筋的箱体来简化， 简化后的床身、 立柱、 横梁， 如图 2～4 所示。