[發(fā)明專利]一種基于細分構型的機床龍門結構剛度的優(yōu)化設計方法

有效

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• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN106650178B
• 公開（公告）日: 2019-11-19
• 發(fā)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

本發(fā)明公開了一種基于細分構型的機床龍門結構剛度的優(yōu)化設計方法。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；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(yōu)化處理。本發(fā)明在機床設計初期預測龍門結構件剛度，為設計高剛度龍門結構提供參考，減少機床龍門結構設計過程中的設計修改及試制實驗成本。

技術領域

本發(fā)明屬于先進設計領域，特別是涉及了一種基于細分構型的機床龍門結構剛度的優(yōu)化設計方法。

技術背景

隨著社會經濟的發(fā)展，機床作為工作母機的需求量與日俱增，如何提高機床的性能是一個研究的熱點。設計機床所要考慮的性能指標，主要包括了整機重量、結構剛度、動態(tài)響應特性、機床精度等。龍門結構是龍門式機床的關鍵結構，龍門結構的剛度是評價龍門式機床性能的重要指標，提高龍門結構的剛度，對于減輕機床重量、提升機床動態(tài)響應特性、提高機床精度都有重要的意義。目前國內外對于機床龍門結構的剛度設計方法，主要是通過結構設計、實驗測試或仿真分析、結構修改，三個階段循環(huán)往復的方式進行龍門結構剛度性能的逐步的改進，設計過程繁瑣、設計成本高。

發(fā)明內容

為了解決背景技術中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于細分構型的機床龍門結構剛度的優(yōu)化設計方法，簡化龍門結構的設計流程和降低龍門結構的設計成本。

為達到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方案：

(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

建立典型機床龍門結構形式的基礎龍門結構三維模型，通過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；

(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進行剛度優(yōu)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(yōu)化處理。

細分構型包括重心位置、上下圓角、頂部肋板、側面肋板、底部肋板幾個方面。

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(fā)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(fā)生位置，以及空載下模態(tài)分析后的一階模態(tài)、二階模態(tài)、三階模態(tài)、四階模態(tài)、五階模態(tài)和六階模態(tài)。

所述的可調參數是指三維模型在細分構型中的參數能夠用來調整結構性能數據的變形參數。可調參數具體包括立柱的長寬高、橫梁的長寬高、上下圓角倒角半徑、頂部肋板類型、側面肋板類型、底部肋板類型、頂部肋板參數、側面肋板參數和底部肋板參數。

所述的典型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，具體是以橫梁和立柱是否可以運動為標準將機床龍門結構劃分為定梁動柱、定梁定柱、動梁動柱和動梁定柱的四種基礎龍門結構形式。

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。

所述的有限元分析包括空載下的靜力分析、加載下的靜力分析和空載下的模態(tài)分析。

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(tài)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；