机械制造工业是国民经济的基础,随着信息科技和先进制造技术的发展,数控机床的应用越来越广泛,因此我国制造业对数控机床的加工精度、加工质量等指标的要求也越来越高。研究表明,机床的动态特性对机床的加工精度有很大影响。因此对数控机床进行动态特性仿真测试与优化,成为提高机床加工性能的有效方法。本文以沈阳机床集团生产的VMC850B数控机床为研究对象,对其进行锤击法实验模态分析,利用Ansys workbench软件对立柱进行理论分析并进行拓扑优化设计,最后对机床的滑座进行尺寸灵敏度分析,在保证动态特性的基础上,实现质量的降低。本文的主要内容及相关结论如下:(1)综述整机动态特性的主要研究方法和前人工作,论述机床结合面参数识别和机床结构拓扑优化设计的国内外应用与研究,研究对立式加工中心进行动态特性分析的必要性。(2)以结构动力学理论为基础,对机床整机进行动力学响应分析;采用弹簧-阻尼单元,建立机床固定、滑动结合面等效模型,将结合面的阻尼、刚度值施加到整机有限元模型中,为后续进行加工中心整机动态特性分析奠定基础。该仿真模型不仅可以预测实际加工情况,而且为机床的性能优化提供参考依据。(3)首先采用单点激励多点响应法,对整机进行实验模态分析;再采用频域模态参数识别方法,进行参数提取,最后获得整机的固有频率、阻尼、振型参数,分析实验数据得到整机的薄弱部件为立柱,为机床结构优化设计奠定基础。(4)对加工中心进行整机有限元分析,对比实验模态分析结果,验证了有限元模型的可靠性;针对立柱拓扑优化结果,对立柱的筋板进行优选;在保证整机质量的基础上,对比优化前后立柱的静动态性能,结果表明该优化结构具有可行性。(5)首先对加工中心关键部件滑座进行静动态特性分析,得到实际工况下的静态变形量、前六阶固有频率和相应振型;再利用三维软件UG和Ansys workbench,对滑座的尺寸参数进行响应面法优化。优化结果表明,在不影响整机静、动态特性的基础上,滑座总质量降低了 8.7%,不仅减少整机的造价成本,还改善了机床系统的灵活性和负载能力。