基于结构仿生的高速机床运动构件轻量化设计研究

高速数控机床的高加速度、高精度特点要求机床运动部件必须质量小、刚性高。提高机床运动构件的比刚度成为高速机床结构设计的重要主题。生物体结构是亿万年自然选择和生命进化的结果，充分体现了自然进化的趋向：用最少的结构材料来承受最大的外力，也就是达到最高的比强度比刚度，或者说最佳的结构效能。本课题以提高机床运动构件的比刚度为目标，研究结构件仿生设计的理论、准则和方法，进行机床工作台、横梁、主轴箱等典型结构件仿生设计，对结构中的框、肋、筋等结构依据结构仿生的原则布置和成型，以取得最佳的轻量化效果。对设计结果进行仿真验证，以比刚度最高为目标，优化结构参数。探讨复杂仿生结构的制造工艺，使结构仿生设计成果具有制造技术的支持，并对样件进行比刚度实验验证。本课题将进一步完善结构仿生设计的理论体系，提出结构仿生设计的准则和方法，具有科学意义，研究成果在高性能高速机床结构的轻量化设计中具有重要的应用前景。