The invention relates to an optimization design method of machine tool foundation large dynamic performance, dynamic simulation analysis according to the requirements for machine tool assembly is simplified, the assembly into the simplified ANSYS/Workbench mesh, material setting, boundary conditions setting, machine assembly modal analysis. In the harmonic response analysis, by simulating the actual working state of the cutter, the maximum amplitude response of the X, Y and Z directions of the spindle end of the machine tool assembly under the action of harmonic force is obtained. Finally, the parametric analysis technology is used to design the parameters of the basic heavy goods quality, and the response surface model between the dynamic response of the machine tool and the mass characteristics of the major components is obtained. Through the response surface analysis of the model, not only can qualitatively identify basic pieces in dynamic performance of machine tool in the weak link, also can quantitatively predict the impact of change on the basis of large machine tool's dynamic performance trends, improve the accuracy of machine tool design.
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種機(jī)床基礎(chǔ)大件動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
本專利技術(shù)涉及數(shù)控機(jī)床優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域,具體為一種機(jī)床基礎(chǔ)大件動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
技術(shù)介紹
機(jī)床良好性能要求機(jī)床基礎(chǔ)大件具有好的靜態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能。目前,機(jī)床設(shè)計(jì)方法仍然沿用經(jīng)驗(yàn)、類比的傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)機(jī)床靜強(qiáng)度和靜剛度,沒(méi)有認(rèn)識(shí)到機(jī)床動(dòng)態(tài)特性對(duì)機(jī)床性能的重要影響作用。現(xiàn)在,數(shù)控機(jī)床向著高精度、高加工質(zhì)量、高穩(wěn)定性和高生產(chǎn)率方向發(fā)展,機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能已經(jīng)成為衡量機(jī)床性能的重要指標(biāo)。模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析是機(jī)床動(dòng)態(tài)性能分析的基礎(chǔ)內(nèi)容。通過(guò)有限元方法進(jìn)行模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析,可以對(duì)機(jī)床的振動(dòng)特性和機(jī)床在一定頻率簡(jiǎn)諧載荷作用下的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行定性分析,但是不能定量分析機(jī)床各個(gè)基礎(chǔ)大件對(duì)機(jī)床動(dòng)態(tài)性能影響的靈敏度,從而不能預(yù)測(cè)機(jī)床基礎(chǔ)大件的改變對(duì)其動(dòng)態(tài)性能的影響趨勢(shì)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題,本專利技術(shù)提供一種機(jī)床基礎(chǔ)大件動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,通過(guò)參數(shù)化分析技術(shù)和響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù),不僅可以定性地找出機(jī)床基礎(chǔ)大件中影響機(jī)床動(dòng)態(tài)性能的薄弱環(huán)節(jié),還可以定量地分析機(jī)床基礎(chǔ)大件對(duì)其影響的靈敏度,提高機(jī)床設(shè)計(jì)精度和設(shè)計(jì)效率。本專利技術(shù)是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):一種機(jī)床基礎(chǔ)大件動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,包括以下步驟:1)根據(jù)機(jī)床的動(dòng)力學(xué)分析要求,在CAD軟件中對(duì)機(jī)床裝配體模型進(jìn)行簡(jiǎn)化;2)將簡(jiǎn)化后的機(jī)床裝配體模型導(dǎo)入到有限元分析軟件中;3)在有限元分析軟件中對(duì)機(jī)床裝配體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分,并對(duì)機(jī)床的主軸箱進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化;4)在有限元分析軟件中對(duì)機(jī)床裝配體模型進(jìn)行各基礎(chǔ)大件的材料屬性設(shè)置、結(jié)合面屬性設(shè)置和邊界條件設(shè)置,在對(duì)機(jī)床裝配體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃 ...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種機(jī)床基礎(chǔ)大件動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,其特征在于,包括以下步驟:1)根據(jù)機(jī)床的動(dòng)力學(xué)分析要求,在CAD軟件中對(duì)機(jī)床裝配體模型進(jìn)行簡(jiǎn)化;2)將簡(jiǎn)化后的機(jī)床裝配體模型導(dǎo)入到有限元分析軟件中;3)在有限元分析軟件中對(duì)機(jī)床裝配體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分,并對(duì)機(jī)床的主軸箱進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化;4)在有限元分析軟件中對(duì)機(jī)床裝配體模型進(jìn)行各基礎(chǔ)大件的材料屬性設(shè)置、結(jié)合面屬性設(shè)置和邊界條件設(shè)置,在對(duì)機(jī)床裝配體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分的基礎(chǔ)上,完成機(jī)床裝配體的模態(tài)仿真分析,得到機(jī)床裝配體的固有頻率和振型,從而得到機(jī)床的一階固有頻率;5)根據(jù)機(jī)床裝配體的固有頻率和設(shè)定的機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速,在有限元分析軟件中完成機(jī)床裝配體的諧響應(yīng)分析,得到主軸箱端部在簡(jiǎn)諧力作用下X向、Y向和Z向的最大振幅響應(yīng)值;6)在有限元分析軟件中對(duì)機(jī)床的一階固有頻率、三向的最大振幅響應(yīng)值和設(shè)定的機(jī)床基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化,通過(guò)中心復(fù)合試驗(yàn)設(shè)計(jì)方式得到試驗(yàn)樣本點(diǎn),利用仿真分析得到試驗(yàn)樣本點(diǎn)對(duì)應(yīng)的機(jī)床動(dòng)態(tài)性能響應(yīng)值;7)根據(jù)步驟6)中試驗(yàn)樣本點(diǎn)和試驗(yàn)樣本點(diǎn)的響應(yīng)值,構(gòu)建各機(jī)床動(dòng)態(tài)性能響應(yīng)值和基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性參數(shù)之間的二次多項(xiàng)式響應(yīng)面模型:
【技術(shù)特征摘要】
1.一種機(jī)床基礎(chǔ)大件動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,其特征在于,包括以下步驟:1)根據(jù)機(jī)床的動(dòng)力學(xué)分析要求,在CAD軟件中對(duì)機(jī)床裝配體模型進(jìn)行簡(jiǎn)化;2)將簡(jiǎn)化后的機(jī)床裝配體模型導(dǎo)入到有限元分析軟件中;3)在有限元分析軟件中對(duì)機(jī)床裝配體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分,并對(duì)機(jī)床的主軸箱進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化;4)在有限元分析軟件中對(duì)機(jī)床裝配體模型進(jìn)行各基礎(chǔ)大件的材料屬性設(shè)置、結(jié)合面屬性設(shè)置和邊界條件設(shè)置,在對(duì)機(jī)床裝配體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分的基礎(chǔ)上,完成機(jī)床裝配體的模態(tài)仿真分析,得到機(jī)床裝配體的固有頻率和振型,從而得到機(jī)床的一階固有頻率;5)根據(jù)機(jī)床裝配體的固有頻率和設(shè)定的機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速,在有限元分析軟件中完成機(jī)床裝配體的諧響應(yīng)分析,得到主軸箱端部在簡(jiǎn)諧力作用下X向、Y向和Z向的最大振幅響應(yīng)值;6)在有限元分析軟件中對(duì)機(jī)床的一階固有頻率、三向的最大振幅響應(yīng)值和設(shè)定的機(jī)床基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化,通過(guò)中心復(fù)合試驗(yàn)設(shè)計(jì)方式得到試驗(yàn)樣本點(diǎn),利用仿真分析得到試驗(yàn)樣本點(diǎn)對(duì)應(yīng)的機(jī)床動(dòng)態(tài)性能響應(yīng)值;7)根據(jù)步驟6)中試驗(yàn)樣本點(diǎn)和試驗(yàn)樣本點(diǎn)的響應(yīng)值,構(gòu)建各機(jī)床動(dòng)態(tài)性能響應(yīng)值和基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性參數(shù)之間的二次多項(xiàng)式響應(yīng)面模型:其中:y為機(jī)床動(dòng)態(tài)性能響應(yīng)值,x為一個(gè)基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性參數(shù),n為基礎(chǔ)大件的個(gè)數(shù),β為待定系數(shù),i和j均為基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性參數(shù)序號(hào),i、j和n均為自然數(shù);8)在上述得到的二次多項(xiàng)式響應(yīng)面模型基礎(chǔ)上,對(duì)各個(gè)基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性參數(shù)求偏導(dǎo)數(shù),得到基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性參數(shù)對(duì)機(jī)床動(dòng)態(tài)性能影響的靈敏度,通過(guò)各靈敏度之間的比較,定性分析基礎(chǔ)大件對(duì)機(jī)床動(dòng)態(tài)性能的影響;9)根據(jù)靈敏度定性分析結(jié)果得到影響機(jī)床動(dòng)態(tài)性能的薄弱環(huán)節(jié);針對(duì)機(jī)床基礎(chǔ)大件中的薄弱環(huán)節(jié),在二次多項(xiàng)式響應(yīng)面模型中改變基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性參數(shù),定量預(yù)測(cè)基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性改變對(duì)機(jī)床動(dòng)態(tài)性能的影響趨勢(shì)和影響量,進(jìn)行定量分析,完成機(jī)床動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)床基礎(chǔ)大件動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,其特征在于,步驟1)中,機(jī)床裝配體模型簡(jiǎn)化的具體方法為:1)刪除機(jī)床裝配體中尺寸小的倒角和圓角;2)刪除不影響仿真分析的小特征,所述的小特征包括螺釘孔、螺栓孔和注油孔;3)簡(jiǎn)化傳動(dòng)系統(tǒng),減速箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)使用等效質(zhì)量進(jìn)行簡(jiǎn)化,絲杠結(jié)構(gòu)使用圓柱代替;4)簡(jiǎn)化主軸結(jié)構(gòu),進(jìn)行裝配體仿真分析時(shí),將主軸作為一個(gè)整體進(jìn)行分析,使用等效實(shí)體模型和等效質(zhì)量進(jìn)行代替;5)簡(jiǎn)化輔助結(jié)構(gòu),對(duì)裝配體結(jié)構(gòu)剛性不產(chǎn)生影響的輔助結(jié)構(gòu),使用質(zhì)量點(diǎn)進(jìn)行代替;6)刪除裝配體中尺寸過(guò)小的平面特征,保證好的單元質(zhì)量。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)床基...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員:邱志惠,洪軍,陳以磊,郭俊康,趙強(qiáng)強(qiáng),劉鵬,
申請(qǐng)(專利權(quán))人:西安交通大學(xué),
類型:發(fā)明
國(guó)別省市:陜西,61
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