[發明專利]一種基于細分構型的機床龍門結構剛度的優化設計方法

有效

• 申請號: 201710041963.X
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN106650178B
• 公開（公告）日: 2019-11-19
• 發明（設計）人: 張樹有;王陽
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 33200 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 林超<國際申請>=<國際公布>=<進入國

1.一種基于細分構型的機床龍門結構剛度的優化設計方法，包括以下步驟：

(1)建立帶有結構性能數據及可調參數的機床龍門結構件樣本庫：建立基礎龍門結構三維模型，通過細分構型的參數驅動修改調整三維模型參數獲得一系列的三維模型作為結構模板，并通過有限元分析得到結構性能數據，形成機床龍門結構件樣本庫；

所述步驟(1)中具體包括以下步驟：

(1.1)建立定梁動柱、定梁定柱、動梁動柱和動梁定柱四種基礎構型的四種基礎龍門結構三維模型，通過對基礎龍門結構三維模型中的上圓角、下圓角、側面肋板、頂部肋板和底部肋板的五種參數調整初步采樣來獲得不同參數組合下的不同三維模型，然后針對每個三維模型通過空載下的靜力分析、加載下的靜力分析和空載下的模態分析獲得每個三維模型對應的結構性能數據，由此獲得初步三維模型及其結構性能數據；

(1.2)在可調參數相近的兩個初步三維模型之間構建插入新模型，采用以下公式計算新模型的結構性能數據L(x)：

式中，(u₀,v₀)與(u₁,v₁)為可調參數相近的兩個初步三維模型，其中u表示初步三維模型的參數，v表示初步三維模型的結構性能數據；

然后將新模型和初步三維模型及其各自的結構性能數據組成機床龍門結構樣本庫；

具體實施中初步三維模型的參數u即是以機床龍門結構作為粒子，以機床龍門結構中細分構型的可調參數作為粒子的編碼，可調參數的種類和粒子編碼的維數相同均為N，粒子編碼的維數包括針對肋板編碼的肋板類型、肋板的長寬高和肋板間距的五維以及針對圓角編碼的圓角位置和弧度的兩維；

(2)根據機床龍門結構件樣本庫通過細分構型對機床龍門結構剛度進行優化：根據機床加工工況的剛度要求，將設計人員輸入的機床龍門結構的初始方案結構依據基礎構型和細分構型進行優化處理；

所述步驟(2)具體是：判斷需剛度優化的龍門結構歸屬的基礎構型，依據基礎構型確定龍門結構可優化的細分構型，利用機床龍門結構件樣本庫，調整細分構型的可調參數對機床龍門結構的剛度進行優化，包括重心位置的優化以及上下圓角、頂部肋板、側面肋板和底部肋板的優化；

典型的所述的機床龍門結構形式包括定梁動柱、定梁定柱、動梁動柱和動梁定柱的四種基礎構型；

所述的細分構型包括龍門結構的重心位置、上下圓角、頂部肋板、側面肋板和底部肋板這五個方面，所述的參數驅動修改是指針對機床龍門結構中上圓角、下圓角、側面肋板、頂部肋板和底部肋板的五種細分構型的參數修改。

2.根據權利要求1所述的一種基于細分構型的機床龍門結構剛度的優化設計方法，其特征在于：所述的結構性能數據包括空載下靜力分析后的最大變形量、最大應力值和最大應力發生位置，加載下靜力分析后的最大變形量、最大應力值和最大應力發生位置，以及空載下模態分析后的一階模態、二階模態、三階模態、四階模態、五階模態和六階模態。

3.根據權利要求1所述的一種基于細分構型的機床龍門結構剛度的優化設計方法，其特征在于：針對所述龍門結構的重心位置的優化是是指通過對龍門結構的三維模型進行分析，依據龍門立柱的基礎構型計算自重，調整龍門結構中立柱的長寬高和橫梁的長寬高使龍門結構重心在自身的幾何中心。

4.根據權利要求1所述的一種基于細分構型的機床龍門結構剛度的優化設計方法，其特征在于：所述的上下圓角、頂部肋板、側面肋板和底部肋板的優化具體是：針對所述上下圓角的優化是調整上下圓角倒角半徑以加強龍門立柱的剛度，針對所述頂部肋板、側面肋板和底部肋板的優化均是調整肋板類型和肋板參數以加強龍門立柱的剛度。