为了探索提高机床床身综合性能的新途径,采用钢纤维增强树脂混凝土材料代替铸铁床身,通过“HORSFIELD最密堆积理论”、“贝雷法”以及排水法等理论确定钢纤维树脂混凝土组分质量分数,以优化其综合性能,并测试复合材料强度和阻尼性能参数。以铸铁床身为比对原型,设计了同款的钢纤维树脂混凝土床身新结构,借助于有限元软件对两种材料的床身进行了静、动态特性及轻质性分析和计算,并进行对比。结果表明:与铸铁床身相比,钢纤维树脂混凝土床身质量降低17.78%,最大整体变形和最大等效应力分别降低23%和76.83%,前6阶固有频率均有提升,在X、Y、Z三个方向最大振动幅值分别降低85.96%、68.49%、50.30%。以响应面优化方法对钢纤维树脂混凝土床身进行优化设计,与原设计方案相比,在保证床身轻量化的同时,其静、动态特性均有不同程度改善。

基于参数化建模和结构优化设计理论，建立了某磨床床身的参数化有限元模型；以床身的筋板间距和壁厚为设计参数，在保证导轨刚度的条件下，采用整体优化和分层优化的方法分别对床身结构进行了优化设计，达到降低床身自重的目的，并对优化前后的结构进行了力学性能比较。整体优化是指同时优化所有的设计变量，而分层优化是指将设计变量根据其对设计目标和约束条件的影响进行合理分组，逐步优化。结果表明，采用分层优化技术可有效地解决设计变量较多的复杂结构优化设计。

床身作为重要的支撑件是整个机床的基础,床身的刚度和稳定性会直接影响到被加工件的尺寸及表面精度。床身的固有频率是评价磨床动态性能的重要参数,提高床身的固有频率能够有效的提高床身的结构刚度。床身经模态分析后,直观的显示出了其结构在设计阶段存在的薄弱环节,通过对床身结构的改进提高了床身的固有频率;通过比较不同的改进方案得出了磨床床身最优的改进结果,为后续的磨床床身结构设计提供了理论依据和工程参考。

运用Solid Works软件建立了数控高速磨床床身的三维模型,并在Simulation软件模块中对其分别进行了静力学和模态分析,根据分析结果,对床身筋板的布局、壁厚以及掏沙孔形状等不合理结构进行优化。优化后的床身经过有限元分析后,其最大应力可以减少20.63%,最大变形量可以减少22.18%,第一阶固有频率可以提高9.40%,总体质量可以减少10.48%。