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第30卷第2期温州大学学报·自然科学版2009年4月
Vol30,No2JournalofWenzhouUniversity·NaturalSciencesApr,2009
基于MATLAB的机床主轴优化设计
冯海华，李国平
(温州大学机电工程学院，浙江温州325035)
摘要：机械优化设计为工程设计提供了一种重要的科学设计方法．运用MATLAB优化工具箱，以
最小质量和最小轴端位移为目标，对机床主轴进行优化设计，该设计方法简单、实用，主参数优化的
结果合理、可靠．
关键词：MATLAB；机床主轴；优化设计
中图分类号：TH122文献标志码：A文章编号：1674-3563(2009)02-0032-06
DOI：10.3875/j.issn.1674-3563.2009.02.07本文的PDF文件可以从xuebao.wzu.edu.cn获得
优化设计是20世纪60年代初发展起来的一门新科学科，它将最优化原理和计算技术应用于设
计领域，为工程设计提供了一种主要的科学设计方法．机械优化设计是在给定的载荷或环境条件
下，在机械产品的性态、几何尺寸关系或其它因素的限制（约束）范围内，选取设计变量，建立
[1-2]
目标函数并使其获得最优值的一种新的设计方法．
机床主轴是机床的执行件，它的功用是支承并带动工件或刀具完成表面成形运动，同时还起
到传递运动和扭矩、承受切削力和驱动力等载荷的作用，结构复杂，价格昂贵，是机床最重要的
部件之一．主轴的前端安装着卡盘与工件，直接参与切削加工，它的变形和振动对机床的加工精
度和表面质量影响最大，直接影响到机床的加工质量和生产率[3]．因此，机床设计的成功关键取
决于主轴设计的优劣．主轴优化设计是机床设计中主轴设计的有效手段，它可以克服以往设计方
法中的盲目性，提高主轴的设计质量、设计效率及设计的科学性和可靠性．
目前，已有很多成熟的优化方法程序可供选择，但它们各有自己的特点和适用范围，实际应
用时必须注意因为优化方法或初始参数选择而带来的收敛性问题．MATLAB语言的优化工具箱则
选用最佳方法求解，初始参数输入简单，语法符合工程设计语言要求，编程工作量小，优越性
明显[4-5]．本文运用MATLAB优化工具箱，对机床主轴进行优化设计，方法简单、实用，主参数
优化的结果合理、可靠．
本文设计的机床主轴是一根阶梯轴，支承采用角接触球轴承，机床主轴的输入功率
P=1.5kW，主轴的转速n=940r/min，主轴的悬臂端受到的切削力F=20000N，主轴内径
′1
d=40mm，悬臂端许用挠度y=0.05mm，取ϕ=°，[θ]=0.0025°．要求主轴两支
0[]/m
12
承跨距（L）为350mm≤L≤600mm，外径（D）为70mm≤D≤150mm，悬臂端长度（a）为
收稿日期：2008-04-14
基金项目：温州大学学生科研立项课题(167)
作者简介：冯海华(1986-)，男，浙江海盐人，学士，研究方向：机电一体化
冯海华等：基于MATLAB的机床主轴优化设计33
80mm≤a≤160mm．主轴的
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