[發明專利]一種立式加工中心機床箱體類支承件結構的建立方法

有效

• 申請號: 201310273545.5
• 申請日: 2013-06-28
• 公開（公告）號: CN103336868A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 王德倫;馬雅麗;董惠敏;錢峰;孫守林;申會鵬;王智;丁尚;盛永明
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李寶元;梅洪玉

技術領域

本發明涉及一種立式加工中心機床箱體類支承件結構的建立方法，應用于機床零件結構設計領域，其特征是在保證支承件靜、動態性能的前提下，對支承件材料進行合理分布，實現支承件結構的數字化設計。

背景技術

機床是由各個基本支承件組合而成，如床身、立柱、十字滑臺等。其中，任意一個支承件的受力變形都會通過支承件間的連接傳遞至刀具端，產生加工誤差。因此，每個支承件的靜、動態性能都會影響到機床的加工能力，一套合理的機床支承件結構設計方法顯得尤為重要。

現有機床支承件大多靠經驗設計，不僅支承件性能達不到最優，而且還造成材料浪費，使得支承件結構笨重。也有依靠仿真軟件對支承件進行模擬分析，不斷改變其結構尺寸以尋求最優，此種設計方法工作量大，且準方案未必就是最佳方案。本發明支承件設計方法借助有限元分析軟件及拓撲優化軟件，尋求支承件在常用工況下受載時的傳力路徑，通過合理分布材料，使支承件材料布置在最有需要的位置，不僅能確保支承件靜、動性能滿足要求，還能達到節省制造材料、減重優化的目的。

發明內容

本發明涉及一種立式加工中心機床箱體類支承件結構優化設計方法，其本質是對支承件材料進行合理分布，在保證靜、動態性能的前提下減輕支承件重量的結構設計方法。該方法提出了依據支承件的最佳傳力路徑建立支承件桁架式概念模型，在概念模型指導下進行支承件的主體結構、局部單元結構設計的一種新的支承件數字化設計方法。

本發明的技術方案如下：

第一步，建立立式加工中心機床箱體類支承件物理模型

（1）建立支承件幾何實體結構。根據現有支承件二維圖紙，建立適于進行支承件拓撲優化的三維幾何模型，此模型應盡可能保證規則，去除邊界倒角及次要的定位孔洞結構，去除高度小于20mm的凸臺。

（2）求解與等效支承件載荷約束。綜合考慮支承件實際工作情況，調用相應的切削力求解公式，求解出此工況下切削力FX,FY,FZ大小。將切削力FX,FY,FZ、切削位置X_F,Y_F,Z_F、支承零件質量m_i、重心參數X_Gi,Y_Gi,Z_Gi帶入力學平衡方程，求出支承件所受到的合力：

Fi=Σk=1nFi(k),]]>Mi=Σk=1nMi(k),]]>i為x，y，z，

其中F_i為等效到結合面中心處的某單向力，M_i為等效到結合面中心處的某單向轉矩，F_i(k)為結合面作用點處對應方向力，n為作用點數目，x，y，z為機床坐標系下三個方向。

調用受力平衡方程計算支承件的有限元分析載荷；依據支承件結合面的連接形式求解出不同結合面下的剛度參數，建立面向數控機床支承件的導軌、螺栓、絲杠等結合面的彈性約束模型。

（3）建立支承件物理模型。將支承件三維模型進入有限元分析，定義材料屬性，依據支承件特征尺寸合理進行有限元網格劃分；將上述步驟求解的支承件載荷結果與約束等效形式按照有限元模型里的建模方法與步驟，加載至有限元模型，形成支承件的物理模型。

第二步，構造立式加工中心機床箱體類支承件概念模型