机床制造业是中国工业和国民经济的发动机和心脏,特别像龙门导轨磨床这样的重大技术装备,更是一个国家综合国力的具体体现,在国民经济现代化的建设中起着重大作用。近年来,随着国防、航空、高铁、汽车和模具等重要装备制造行业需求量的大幅增长,对磨床的精密度,可靠性及稳定性要求越来越高。高档龙门导轨磨床更是航空航天、汽车、船舶和发电设备制造等领域的必需,是产业升级的必备。长期以来,国内磨床产业深陷于“低端混战,高端失守”的局面,主要原因是缺乏整体设计和研发能力,仅仅停留在仿制阶段,没有建立一套完整的创新设计理论,并借助先进的设计理念,利用计算机技术结合优化设计方法,进行开发设计。由于这些加工设备和技术国外对我国实行禁运,所以,,研发具有自主知识产权的高端磨床设备十分必要和紧迫。课题来源是长春工业大学与长春第一机床厂校企合作项目,在论文的撰写过程中,主要进行了以下工作。1.对机床领域的国内外发展现状进行了详细的阐述,对比了国内外龙门导轨磨床的研究发展,找出我国龙门导轨磨床在研发和设计上的短板。2.本文分析的重点一龙门导轨磨床工作台的结构优化设计。采用有限元技术对工作台进行动静态特性分析,提出了以工作台质量最小,一阶固有频率最大为目标,以最大变形量为约束条件的多目标优化设计方法。通过中心复合实验室设计选取合适的结构有限元实验分析点,借助Ansys workbench有限元软件对试验点处的工作台质量,一阶固有频率,最大变形量进行分析计算。根据响应值建立输入参数和输出响应关系的二次响应面模型,并采用克里格插值方法对响应面进行插值重构。利用哈默斯利抽样方法,均匀抽取设计空间中的样本点,对样本点权衡排序,获得比较优良的初始种群。运用NSGA-Ⅱ算法,对龙门导轨磨床工作台的质量和一阶固有频率进行多目标优化设计,获得Pareto(帕累托)优化解集。在保证工作台最大变形量不大于初始值的前提下,质量降低了4.32%,一阶固有频率增加了41.08%。通过对比优化前后工作台的动静态特性可知,实现了轻量化设计的目的。3.对龙门导轨磨床工作台受热时候的变形及应力分布情况进行了分析,通过热固耦合分析发现热量梯度的变化对工作台的影响非常的大,针对该情况总结了目前国内外减小热应变的几点措施。长春第一机床厂将上述研究成果应用在MM52160龙门导轨磨床的设计上,得到了良好的动静态性能。