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随着现代数控加工装备朝着高速、高效、精密化的方向发展,机床结构件的高刚性和移动部件的轻量化设计已经成为现代机床设计的主要内容之一。其中横梁和切削主轴的静动态特性关系到加工工件的几何精度和表面质量。横梁自身内部筋板的结构布局、主轴的支撑结构都对其性能起决定作用。天然石材是典型的硬脆性材料,其具有特殊的材料属性和不规则的物理成分,都对其加工装备提出了特殊要求。课题组前期研究成果:异型石材车铣加工中心（HTM50200）已取得了多项技术突破,先后获得中国专利金奖、国际装备博览会金奖等荣誉。但首批产品采用的是传统龙门式结构和铸造床身,其过高的自重和设计余量,增大了产业化开发成本。锯铣复合加工技术,是在车铣复合加工技术的基础上,针对天然石材特殊的物理属性,通过圆锯片的高速回转,获得更高切削速度和加工效率的新型加工工艺技术,对其加工装备的静动态特性都提出了更高的要求。本文在教育部长江学者创新团队项目（IRT15R45）和国家自然科学基金项目（51705341）的支持下,针对异型石材锯铣加工中心的结构设计和横梁、电主轴的结构优化进行了深入研究,主要研究内容包括:（1）本文在分析异型石材锯铣复合加工工艺的基础上,完成了异型石材锯铣加工中心的设计,所设计GMC2010s型异型石材锯铣加工中心具备五轴联动数控加工,能够实现对硬脆石材的复杂曲线、曲面进行锯切、铣削等多工艺复合加工。（2）本文以理论与实验相结合的方式,分析了硬脆石材锯铣复合加工工艺条件下的载荷特性;在对主轴、横梁结构单元进行力学分析的基础上,运用基于ICM法的焊接式横梁结构优化设计方法,对横梁内部肋板结构及布局进行了分析,建立五种结构方案;经结构对比分析后,确定了横梁的最优模型;相比传统铸造结构,优化后的结构整体质量减轻了24.18%,静刚度提高15.38%,固有频率有效的避开了加工时主轴回转激振频率;模态试验分析表明,所设计横梁结构可靠、稳定性好,能够满足加工要求。（3）本文通过对锯铣复合电主轴关键结构尺寸的灵敏度分析,运用多目标参数优化确定了电主轴结构的关键尺寸;分别以静变形量、应力、质量为性能指标,得出单因素指标的主轴结构设计方案;以主轴前端静刚度为优化目标,建立数学模型,并对其进行了参数化设计;通过运用Ansys有限元分析工具,获得了锯铣复合电主轴结构参数的最优尺寸组。优化后的电主轴静刚度提高了 13.4%,固有频率都有所提高;粗加工（锯切激振频率为1780Hz处）时,主轴具有较好的刚性;主轴的设计最高工作转速1.2X104r/min远远小于其低阶临界转速,可有效避免共振。结合实际工作头所做的局部模态分析,验证了电主轴结构参数化优化的合理性。