[發明專利]一種機床螺栓聯接結構的優化方法

在審

• 申請號: 201711290999.8
• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN108009365A
• 公開（公告）日: 2018-05-08
• 發明（設計）人: 馬雅麗;張霄;王德倫;張凱;吳煜
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06T17/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明提供了一種機床螺栓聯接結構的優化方法，屬于機床技術設計領域。通過對螺栓布置區域﹑參數和聯接結構尺寸的優化，提高機床動靜態性能。主要包括以下4個步驟：評價指標確定；螺栓布置區域優化；螺栓聯接參數優化；螺栓聯接結構尺寸優化。與傳統螺栓聯接結構設計時大多依據經驗相比，本發明提出了一套完整的設計方法，可操作性強，對機床動靜性能的改善效果顯著。

技術領域

本發明屬于機床技術設計領域，涉及一種優化方法，具體涉及機床螺栓聯接結構的優化方法。

背景技術

機床螺栓聯接部對整機性能有較大影響，據研究，機床聯接部分占其總柔度的40％-60％，并產生90％以上的阻尼。螺栓聯接作為機床重要的聯接形式，主要由螺栓和被聯接件的聯接部分組成，由于螺栓聯接結構剛度比實體材料的剛度差1-2個數量級，所以其會對機床的精度產生較大影響。因此，優化機床螺栓聯接結構具有重要意義。

目前，設計機床螺栓聯接時，其布置區域﹑參數及聯接結構尺寸等主要依據經驗類比法，缺乏一套行之有效的理論指導，從而導致螺栓聯接在設計時具有較大的盲目性，影響機床的性能。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種螺栓布置區域﹑參數及聯接結構的優化方法，使機床的動靜態性能得以提高。

本發明的技術方案：

一種機床螺栓聯接結構的優化方法，步驟如下：

第1步，評價指標確定

為了判斷優化后的螺栓聯接結構是否使機床的性能得以改善，需確定合理可性的評價指標。對于機床，主要從靜動態兩方面對其性能進行評價。

(1)機床的靜態性能可通過精度敏感地方的實際工作位置和理想工作位置的偏差量來衡量。主軸箱靜態性能通過其軸線的偏差量來衡量，立柱和床身等通過導軌的偏差量來衡量；

(2)機床動態性能可由其固有頻率來體現，特別是低階固有頻率；為了使機床有較好的動態性能，用低階固有頻率衡量其動態性能；

第2步，螺栓布置區域優化

螺栓布置區域的優化是通過拓撲方法對建立的優化模型進行求解實現的。優化模型主要包括三維模型﹑工況載荷﹑約束等效處理和優化區域設置等幾部分。對于三維模型，需去掉尺寸較小的凸臺和孔等結構，以便順利完成網格劃分；由于機床在實際工作時工況比較復雜，為了綜合考慮各種工況的影響，在載荷計算和施加時，應選取典型和極限兩類工況；約束等效的合理性會直接影響最終的拓撲結果，處理的原則是與機床實際工作狀態相同；螺栓聯接結構拓撲優化時，將螺栓聯接處作為拓撲的優化域，其他則視為非優化域。求解后即可得到螺栓布置的最優區域。

第3步，螺栓聯接參數優化

將螺栓間距等參數作為優化變量，螺栓聯接強度﹑扳手空間等作為約束，并構造優化變量與靜動態評價指標間的響應面模型，對其求解即可得到螺栓聯接的最優參數。

(1)優化變量

綜合考慮螺栓聯接面的尺寸﹑扳手空間以及拓撲優化的結果，確定優化變量的范圍。

(2)優化約束

螺栓設計時，需要考慮螺栓布置的受力均勻性且滿足強度條件，螺栓強度條件為：