[發明專利]一種獲取機床部件最佳體積比的方法

有效

• 申請號: 201811624211.7
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109583137B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 丁曉紅;李天箭;沈磊
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/14
• 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

根據本發明所涉及的一種獲取機床部件最佳體積比的方法，因為建立機床動力學模型，將機床部件的特征質量值、特征阻尼值及特征剛度值代入機床的動力學方程，得到表征刀尖點的空間位移量與質量值關系的刀尖位移?質量關系曲線，選取刀尖位移?質量關系曲線中對應刀尖點位移最小的機床部件特征質量值作為最優質量值，進而得到機床部件最佳質量比，而通過最佳質量比能得到機床部件進行拓撲優化設計是所需的最佳體積比。所以，本發明基于動力學理論完成機床最佳質量計算，并將計算結果直接用于機床部件結構的拓撲優化設計當中，提出了一種獲取機床部件最佳體積比的方法。

技術領域

本發明屬于機床設備領域，具體涉及一種獲取機床部件最佳體積比的方法。

背景技術

拓撲優化設計作為一種提高部件剛度減輕部件質量的方法被廣泛應用于結構設計領域中。拓撲優化設計的約束條件中的最佳體積比目前常用的限定方法是人為限定一個百分比，對于這個百分比，以往領域中沒有明確且有理論依據的計算方法。

在機床結構設計中，單部件的質量沒有進行過精確的設計，通常是結構設計后，直接計算出質量，對于質量及其對動特性的影響沒有進行詳細的計算分析。

發明內容

本發明是為了解決上述兩個問題而進行的，目的在于提供一種獲取機床部件在設計空間中的最佳體積比的方法，用于獲得對機床部件進行拓撲優化設計時所需的部件最佳體積比。

本發明提供了一種獲取機床部件最佳體積比的方法，具有這樣的特征，包括：

步驟S1，獲取單個機床部件的特征質量值、特征阻尼值及特征剛度值；

特征質量值為機床部件的整體質量值，

特征阻尼值為機床部件與其他機床部件結合面的阻尼值，

特征剛度值為機床部件與其他機床部件結合面的剛度值；

步驟S2，通過對包含機床部件的機床的刀尖點施加特定力構建動力學方程表達式1，

其中M為機床部件的特征質量值；C為機床部件的特征阻尼值，K為機床部件的特征剛度值，X為機床的刀尖點的空間坐標位移量，F(t)為特定力的值，為X的一階導數，為X的二階導數；

步驟S3，將特征質量值、特征阻尼值及特征剛度值代入步驟S2中的表達式1，得到表征刀尖點的空間位移量與特征質量值之間關系的刀尖位移-質量關系曲線；

步驟S4，根據刀尖位移-質量關系曲線，得到使刀尖點的空間坐標位移量最小的特征質量值，將該特征質量值作為優化質量值；

步驟S5，根據優化質量值得到部件的最佳質量比，并根據最佳質量比得到部件進行拓撲優化所需的最佳體積比。最佳質量比為優化質量值與部件設計空間的最大質量值的比值，部件設計空間的最大質量值由機床設計允許的部件的最大體積決定。

在本發明提供的獲取機床部件最佳體積比的方法中，還可以具有這樣的特征：其中，在步驟S2中，特定力為隨時間變化的等幅變頻的作用力。

在本發明提供的獲取機床部件最佳體積比的方法中，還可以具有這樣的特征：其中，在步驟S4中，包括以下子步驟：

步驟S4-1，對刀尖位移-質量關系曲線進行觀察：

當刀尖點空間坐標位移量隨著特征質量值數值改變呈現規律性變化，刀尖位移-質量關系曲線為可改善曲線，應對機床部件進行優化，

當刀尖點空間坐標位移量隨著特征質量值數值改變呈現無規律性變化，刀尖位移-質量關系曲線為不可改善曲線，不必對機床部件進行優化；

步驟S4-2，根據可改善曲線選取使加工中心刀尖點位移量最小的特征質量值作為部件的優化質量值。