[發明專利]一種優化機床大件結構動態特性的方法

有效

• 申請號: 201810894923.4
• 申請日: 2018-08-08
• 公開（公告）號: CN109117547B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 李天箭;丁曉紅;吳晨帆
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

本發明提供的一種優化機床大件結構動態特性的方法，用于優化機床大件結構的質量和剛度，包括以下步驟：步驟1，采集各個測試點的加速度數據；步驟2，構建簡化模型，獲取模態數據；步驟3，依據質量靈敏度公式、剛度靈敏度公式確定機床大件結構質量薄弱點和剛度薄弱點；步驟4，確定各個測試點上結構質量目標函數和結構剛度目標函數；步驟5，計算出各結構質量的優化值和結構剛度的優化值；步驟6，分別對比機床大件結構質量優化前后以及剛度優化的前后各階模態頻率和振幅的變化；以及步驟7，分別利用機床大件結構質量優化后、剛度優化后的各階模態頻率進行模態置信準則MAC驗證整個方法的可靠性。

技術領域

本發明涉及機床設備領域，具體涉及一種優化機床大件結構動態特性的方法。

背景技術

一般機床整機主要由主軸箱、立柱、滑板、工作臺和床身等大件組成，如何合理優化各大件的結構質量以及結構剛度對于提高數控機床制造技術有著深遠影響。

目前，機床行業仍沿用經驗、類比的傳統方法設計機床靜剛度和靜強度，沒有充分認識到機床動態特性對機床性能的重要影響作用。也有一些科研人員使用仿真方法對機床大件結構進行了動態性能的設計研究，雖然仿真方法正確科學，但缺少一套從實際產品測試中發現結構質量薄弱環節、結構剛度薄弱環節到修改結構質量薄弱環節、結構剛度薄弱環節，最后完成機床大件結構的結構質量優化和剛度優化的方法。

發明內容

本發明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種能夠高效、可靠地完整優化機床大件結構的結構質量和結構剛度的方法。

本發明提供了一種優化機床大件結構動態特性的方法，用于優化機床的大件結構的質量和剛度，其特征在于，包括以下步驟：步驟1，采集大件結構上各個測試點上的加速度數據；步驟2，構建大件結構的簡化模型，獲取大件結構各階模態頻率數據與振型矩陣數據；步驟3，結合大件結構各階模態頻率數據、振型矩陣數據，分別通過質量靈敏度公式、剛度靈敏度公式確定大件結構的質量薄弱點和剛度薄弱點，質量靈敏度公式為：

剛度靈敏度公式為：

ω_r為大件結構第r階固有頻率；φ_ir和φ_jr分別為大件結構第r階固有頻率中的測試點i和測試點j的振型向量，m_ij為大件結構測試點i與測試點j之間的結構質量，k_ij為大件結構測試點i與測試點j之間的結構剛度；步驟4，確定各個測試點上結構質量分布的目標函數以及結構剛度分布的目標函數，結構質量分布的目標函數為：

Max f(m)

變量：m＝(m₁，m₂，…m_n)

約束條件：

f_i≥[f_i]

ψ_i≤[ψ_i]

m_i-min≤m_i≤m_i-max