[發明專利]一種基于加工形貌預構的機床設計優化方法

有效

• 申請號: 201811205747.5
• 申請日: 2018-10-16
• 公開（公告）號: CN109324570B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 陳萬群;楊凱
• 申請（專利權）人: 南京艾提瑞精密機械有限公司
• 主分類號: G05B19/414
• 分類號: G05B19/414
• 代理公司: 北京君華知識產權代理有限公司 11515
• 代理人: 朱慶華

本發明公開了一種基于加工形貌預構的機床設計優化方法，屬于超精密加工領域，其特征是通過對工件加工形貌預構，在設計階段建立機床部件精度參數和機床整體性能與加工形貌之間的聯系，定量分析機床性能指標的影響，實現機床部件精度的設計和整體性能的要求。本發明解決了現有的機床設計方法中不能夠對超精密加工機床性能進行準確預估，在設計階段無法給出機床部件精度和整體性能技術要求的問題，給超精密加工機床的設計提供了切實可行的設計優化方法，研發出滿足表面粗糙度、面型和波紋度信息等技術要求的機床。

技術領域

本發明屬于機床加工技術領域，涉及機床設計技術，特別是涉及一種基于加工形貌預構的機床設計優化方法，能夠指導超精密加工機床設計的方法。

背景技術

超精密加工擔負著支持最新科學技術進步的重要使命，是國家高新技術和戰略性新興產業的基礎，是現代基礎科學發展的基石，同時也是衡量一個國家科學技術水平的重要標志之一。

高科技領域對超精密加工技術的需求日益增大，在民用方面超精密加工技術的進步直接改善了國民的生活水平。

超精密機床作為超精密加工的載體是超精密光學元件成形與模具加工不可或缺的重要設備，它直接決定了零件的加工精度、可重復性和加工效率。因此，研發超精密加工機床對高新技術的發展具有重要意義。

然而，對于用于光學零件加工的超精密機床，除對表面粗糙度和面型精度有要求外，對表面波紋度也提出了苛刻的要求，當前針對這類超精密機床的設計還沒有成熟的設計理論和設計方法。

發明內容

因此，本發明主要解決的技術問題是提出了一種基于加工形貌預構的機床設計優化方法，解決了現有的機床設計方法中不能夠對光學應用等超精密加工機床性能進行準確預估，無法實現對機床部件精度的設計和整體性能的要求的問題。

為解決上述技術問題，本發明包括如下步驟：

步驟一，機床構型設計，并根據機床的構型結構參數構建機床的三維模型；

步驟二，預設機床關鍵部件的加工和裝配誤差；

步驟三，對步驟一建立的機床三維模型進行動力學分析，獲取機床的動態響應信息、直線度、主軸轉速等基本信息；

步驟四，將步驟二和三中的機床關鍵部件的加工和裝配誤差和機床動態響應信息耦合在一起，根據機床成形運動軌跡對加工形貌進行仿真，獲得預測的加工形貌；

步驟五，將步驟四中獲得的加工形貌數據轉化為軟件可讀的數據格式；

步驟六，采用軟件對步驟五轉化后的表面仿真形貌進行分析，獲取表面粗糙度、面型和波紋度信息；

步驟七，對表面仿真形貌分析獲得的表面粗糙度、面型和波紋度信息和加工要求的數值進行對比，若全部合格，則按照該設計進行機床的搭建；否則，返回步驟一，對機床的構型結構參數和關鍵部件的加工和裝配誤差要求進行修正，直至全部合格。

步驟一中構建機床三維模型的方法為采用三維造型軟件，所述的三維造型軟件為Pro/E或inventor；所述動力學分析的方法為采用分析軟件，分析軟件為matlab或ansys；步驟四中根據機床成形運動軌跡對加工形貌進行仿真的方法為采用數值計算軟件，數值計算軟件為matlab或ansys；步驟五中所述軟件為表面檢測軟件，表面軟件為zygo。

與現有技術相比，本發明提供了一種基于加工形貌預構的機床優化設計方法，定量分析機床各項性能指標的影響，指導機床的設計，解決了機床設計人員在機床設計過程中依賴經驗和標準或反復試驗導致的周期長、工作量大等問題，為超精密機床設計能同時滿足表面粗糙度、面型和波紋度等技術要求提供了依據。

附圖說明

圖1是機床設計流程示意圖。

圖2是基于設計方法示意圖。