因此， 在设计数控机床立柱结构时， 考虑立柱的动态特性显得尤为重要。针对这些因素，有必要对数控机床的立柱部分进行结构优化，本课题对数控机床的立柱部分进行优化设计有重要的实际意义。

　　二、研究动态：

　　1、 国外研究动态：

　　国内的机床结构优化设计主要是应用在刚度和强度分析方面。广西大学陈文锋、毛汉领“MXBS.1320型高速外圆磨床动态性能的试验研究‘’一文中，对 MXBS.1320型高速外圆磨床的动态性能使用脉冲激振法进行了试验研究，得到磨床前几阶模态的频率和振型图，寻找出机床振动的薄弱环节和主要振源，并提出一些机床改造的措施。此外还有对主要零部件进行有限元分析，优化零部件结构的设计[6].东南大学和无锡机床股份有限公司对内圆磨床M2120A床身结构进行有限元分析，得到床身前几阶的固有频率和振型，分析床身的内部筋板布置对结构动态特性的影响。张海伟，利用动态实验分析和理论模型分析两种方法对卧式加工中心的动态性能进行了分系，通过实验测试数据与理论计算结果对比分析，验证了理论模型的合理性，找出了机床的薄弱环节，并进行了结构优化。优化后分析结果证明机床结构的最大变形值都相应降低。陈庆堂，运用工程软件ANSYS的优化设计模块，根据主轴箱的实际工况及机床零件加工精度要求，在参数化建模及结构应力分析基础上，对XK713数控铣床轴箱结构以减轻重量为目标进行优化设计。通过优化设计及分析，主轴箱结构重量减轻了23.2%,三个方向上刚度和应力得到了合理的分布[7].东南大学机械工程系，利用有限元法对机床床身进行静、动态分析，并使用渐进结构优化算法对床身结构进行基于基频约束和刚度约束的拓扑优化，为ESO方法在机床大件结构拓扑优化中的应用做了有益的尝试。王艳辉、伍建国等人，在”精密机床床身结构参数的优化设计‘’一文中，在确定精密机床床身合理结构的基础上，利用ANSYS有限元软件提供的APDL参数化设计语言和优化设计方法，以床身的肋板布置和肋板厚度为设计参数，对床身进行结构设计参数的优化，确定了床身结构的合理参数。不仅大大提高了床身的动态性能：而且节省了材料，降低了生产成本[8].

　　国外的机床结构优化领域的研究比较多，在结构优化、有限元分析、参数化设计方面都有不少研究，美国机械工程师学会“Optimal synthesis ofcompliantmechanisms using subdivision and commercial FEA”一文中，利用有限元软件分析机械结构，提出全程参数化设计，并对其进行拓扑优化，全面分析了设计变量在优化程序中的变数。

　　国外机床结构优化设计存在以下特点：

　　(1)设计与分析平行。从以满足一定性能要求为目标的结构选型、结构设计， 到具体设计方案的比较及确定、设计方案的模拟试验等。床身结构设计的各个阶段均有结构分析的参与。床身结构分析贯穿了整个设计过程，这样确定的床身结构设计方案，基本就是定型方案[3].

　　(2)结构优化的思想被用于设计的各个阶段。

　　(3)大量的虚拟试验代替实物试验。虚拟试验不仅可以在没有实物的条件下进行，而且实施迅速、信息量大。利用虚拟试验，一方面可以在多个设计方案中选择最优，减少设计的盲目性，另一方面可以及早发现在设计中的问题。从而减少设计成本，缩短设计周期[4].

　　随着工业的发展，对数控机床的要求越来越高。在机床的设计中，需要对其组成部件进行严密的分析与计算。车床床身等支承件的重量要占车床总重量的20%到30%,因此对支承件的单位重量刚度提出较高的'要求。在重量轻的条件下，需保证支承件具有足够的静刚度，所以对支承件材料的分布、支承件壁厚和开孔位置的合理性提出了要求，有必要进行分析计算。

　　2、国内研究动态：

　　目前国内在机床结构优化领域的研究比较活跃，机床结构优化设计的内容十分丰富，涉及内容很多，包括静力学，结构非线性分析，拓扑优化，模态分析，动力学分析等。目前有限元方法在机床结构设计中的应用主要有以下几个方面：

　　(1)静力学分析。这是对二维或者三维机床零件承载后的应力和应变的分析，是有限元在机床设计中最基本、最常用的分析类型。

　　(2)模态分析。这是动力学分析的一种，用于研究结构的固有频率和各振型等振动特性，进行这种分析时所施加的载荷只能是位移载荷和预应力载荷[5].