高精度內圓磨床結構動態優化設計是提高機床加工精度的關鍵。隨著全球經濟一體化的形成，機床行業的市場競爭必將愈演愈烈。目前，國內高精度內圓磨床產品的技術水平還相對落后，就設計方面而言，尚處于經驗，靜態和類比的設計階段，對結構動態特性考慮較少；先進的設計技術和動態優化軟件使用也很少；新產品開發尚未普遍采用結構動力學建模、優化等動態的設計方法。這樣就很難提高機床質量和生產效率。因此，盡快應用先進的設計技術，提高設計水平，以應對加入WTO后市場競爭具有重要意義。為此，本文以計算機建模分析為基礎，著重研究了基礎計算機環境的機床結構動態設計技術，提出了先進機床動態設計的整體思路和流程，對設計流程中的主要技術進行了分析。

1.高精度內圓磨床結構動態設計流程

在計算機可視化環境中，建立機械結構的三維CAD模型和有限元模型，形成具有一定功能的基于計算機的仿真系統，在此基礎上進行模型的參數化設計和動態分析，利用人機交互的可視化環境，對結構設計中的缺陷進行修改或重新設計。這種機械設計方法不需要制造機床樣件，便可直觀地測試、評價和修改多種設計的某些特征，達到縮短機械結構開發時間和降低成本的目的。

在計算機環境中進行高精度內圓磨床結構動態設計有以下優點：首先，它把人在CAD環境下的活動提升到人機融成一體的積極參與的主動活動，因而構成了融入性的開發系統，充分發揮了設計者的智慧和決策能力來完成高精度內圓磨床結構設計。其次，它又是支持和推進并行工程實施是技術，由于虛擬技術能模擬產品的實際運行，并具有高度可視化，使專業設計人員和用戶能通過直觀的感受來了解產品。此外，在設計階段通過對虛擬樣機的分析、評價和修改，保證機床產品具有優良的性能，從而可取消或縮短樣機的實物制造、檢測和修改定型的過程，縮短產品開發周期。

2.部件動態特性靈敏度分析

部件結構動態設計的根本目的是改正對整機動態特性影響靈敏的薄弱部件，而利用模型激勵技術可找出整機結構薄弱部件。在對薄弱結構的改進過程中，為了避免結構修改的盲目性，必須采用有效的控制策略。目前廣泛采用的控制策略是結構設計參數的靈敏度分析。其基礎原理如下：先通過一定數學方法和手段，計算出結構的動態性能參數隨結構設計變量的變化靈敏度，然后選擇那些對動態特性影響較大的設計參數，并依據靈敏度值的大小和正負，對設計參數進行修正。通過結構的靈敏度分析，可以很方便地確定哪些部位改進對修改結構動態特性有效；再利用修改結構重分析的方法，找到優化的結構動態設計方案。

3.部件模態頻率分離的整機動態優化

對于機床一類的復雜機械設備，要實現整機設計參數的真正優化時很困難的，因此，一般采用主要部件優化實現整機的集成優化。對主要結構部件的優化往往采用多種結構方案的比較優選進行。但應該注意的是，對各優化結構進行優選集成整機時，應考慮各部件的前幾階模態頻率的分離，若各主要部件之間的模態頻率相同或相近，整機結構的激勵頻率與部件模態頻率也相近時，那么就會導致整機受到激勵時結構振動幅值會成倍增加。為此，必須選擇相互之間模態頻率分離的主要裝配部件作為整機集成的優選部件，以使整機結構的動態特性得到提高。

在計算機設計環境中進行機床部件的動態優化設計和部件的模態頻率修正，并不需要制造物理樣機或部件，設計、計算和分析過程都在計算機中完成。根據模態頻率分離原則，通過對部件結構的反復設計和修改，找出機床部件組合，從而實現機床的動態設計。

4.結論

利用靈敏度分析方法，找出結構部件中敏感的部位進行結構修改是機床部件設計中有效的優化方法。

結構主要組成部件的優化時機床整機動態性能優化的基礎，在部件集成整機時應特別注意各主要部件之間前幾階模態頻率的分離，以避免集成的整機在結構的激勵頻率與部件模態頻率相近時，導致整機結構振動幅值的成倍增加。

在對機床、部件結構振動進行有效控制的同時，還應考慮磨頭傳動系統的動態響應，對于高精度內圓磨床結構，采用多調諧阻尼器（MTMD）來解決。