專利名稱：一種線性導(dǎo)軌數(shù)控機(jī)床靜力學(xué)及模態(tài)分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種線性導(dǎo)軌數(shù)控機(jī)床的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種線性導(dǎo)軌數(shù)控機(jī)床靜 力學(xué)及模態(tài)分析方法。
背景技術(shù)：
隨著世界科技進(jìn)步和機(jī)床工業(yè)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床作為機(jī)床工業(yè)的主流產(chǎn)品，已成 為實現(xiàn)裝備制造業(yè)現(xiàn)代化的關(guān)鍵設(shè)備，是國防軍工裝備發(fā)展的戰(zhàn)略物資。數(shù)控機(jī)床的擁有 量及其性能水平的高低，是衡量一個國家綜合實力的重要標(biāo)志。加快發(fā)展數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)也 是我國裝備制造業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實要求。數(shù)控機(jī)床正向高精度，高效率，高可靠性等方向發(fā)展，這就需要采用先進(jìn)的CAE技 術(shù)，使用高級的分析軟件對機(jī)床的靜力學(xué)和模態(tài)進(jìn)行分析，對機(jī)床的整機(jī)的剛度及振動特 性進(jìn)行評價，找出支承件中的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行進(jìn)而優(yōu)化機(jī)床結(jié)構(gòu)，提高機(jī)床的剛度，進(jìn)而提高 機(jī)床的加工精度，能夠在產(chǎn)品設(shè)計之初解決設(shè)計上的缺陷，減少總體的設(shè)計時間。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服以上缺陷，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提出一種使用高級的分析軟件 對機(jī)床的靜力學(xué)和模態(tài)進(jìn)行分析，對機(jī)床的整機(jī)的剛度及振動特性進(jìn)行評價，找出機(jī)床中 的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)而優(yōu)化機(jī)床結(jié)構(gòu)，提高機(jī)床的剛度，進(jìn)而提高機(jī)床的加工精度，能夠解決設(shè)計 上的缺陷，減少總體的設(shè)計時間的線性導(dǎo)軌數(shù)控機(jī)床靜力學(xué)及模態(tài)分析方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為一種線性導(dǎo)軌數(shù)控機(jī)床靜力學(xué)及模態(tài)分析方法，包 括以下步驟一 .三維幾何建模步驟a.在高級三維軟件中單獨建立立式加工中心的三維樣機(jī)模型并且進(jìn)行裝配，所述 樣機(jī)模型包括床身、立柱、主軸箱、滑座和工作臺；b.在高級三維軟件中對直線導(dǎo)軌和滑塊建模；c.在高級三維軟件中對伺服電機(jī)、電機(jī)安裝座、絲桿螺母座、絲桿軸承座和刀庫進(jìn) 行建模；d.在高級三維軟件中將所述直線導(dǎo)軌、滑塊、伺服電機(jī)、電機(jī)安裝座、絲桿螺母座、 絲桿軸承座和刀庫進(jìn)行安裝；e.材料接觸、連接關(guān)系的設(shè)定在高級的有限元分析軟件中檢驗三維幾何造型組 裝是否正確，部件的材料屬性，并對接觸、連接關(guān)系進(jìn)行定義；f.物理載荷設(shè)定根據(jù)機(jī)床重加工最大工件重量時的切削力大小進(jìn)行施加物理 載荷；二 .靜力學(xué)分析步驟在高級的有限分析元件軟件中創(chuàng)建靜力學(xué)分析，測量分析 變形、應(yīng)變、應(yīng)力；三.模態(tài)分析步驟在高級的有限分析元件軟件中創(chuàng)建模態(tài)分析，測量分析的振型、固有頻率；四.評價步驟根據(jù)分析的結(jié)果，總結(jié)規(guī)律，對數(shù)控機(jī)床的剛度進(jìn)行合理的評價， 對結(jié)構(gòu)的合理性做出調(diào)整。根據(jù)本發(fā)明的另外一個實施例，進(jìn)一步包括所述線性導(dǎo)軌數(shù)控機(jī)床靜力學(xué)及模態(tài) 分析方法適用于包括立式加工中心、臥式加工中心和龍門加工中心在內(nèi)的帶有線性導(dǎo)軌的 數(shù)控機(jī)床。根據(jù)本發(fā)明的另外一個實施例，進(jìn)一步包括對所述床身，立柱，主軸箱，滑座和工 作臺進(jìn)行參數(shù)化建模，并進(jìn)行裝配。根據(jù)本發(fā)明的另外一個實施例，進(jìn)一步包括在所述步驟一中，直線導(dǎo)軌和滑塊模 型的大小與實際工件大小完全相同。根據(jù)本發(fā)明的另外一個實施例，進(jìn)一步包括在所述步驟一中，對直線導(dǎo)軌和滑塊 的材料設(shè)定調(diào)整材料的彈性模型及泊松比，使其剛度與實際工件相同，直線導(dǎo)軌和滑塊之 間添加摩擦系數(shù)，設(shè)定摩擦系數(shù)與實際相同；滑座、電機(jī)安裝座、絲桿螺母座之間采用彈簧 單元連接，任意兩部件之間至少連接有三根彈簧，并設(shè)定彈簧的總剛度與絲桿剛度相同。根據(jù)本發(fā)明的另外一個實施例，進(jìn)一步包括在所述步驟四中，通過比較分析機(jī)床 整體的變形情況和模態(tài)振型以及床身、立柱、主軸箱單獨的變形情況和模態(tài)振型，進(jìn)而對整 個模型的加工狀態(tài)進(jìn)行分析，找出機(jī)體的薄弱環(huán)節(jié)。本發(fā)明的有益效果是根據(jù)高級的分析軟件對機(jī)床的靜力學(xué)和模態(tài)進(jìn)行分析，對 機(jī)床的整機(jī)的剛度及振動特性進(jìn)行評價，找出機(jī)床中的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)而優(yōu)化機(jī)床結(jié)構(gòu)，提高 機(jī)床的剛度，進(jìn)而提高機(jī)床的加工精度，能夠解決設(shè)計上的缺陷，減少總體的設(shè)計時間。


圖1是本發(fā)明的優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1、床身，2、立柱，3、主軸箱，4、滑座，5、工作臺，6、直線導(dǎo)軌，7、滑塊，8、伺服 電機(jī)，9、電機(jī)安裝座，10、絲桿螺母座，11、絲桿軸承座，12、刀庫；
具體實施例方式現(xiàn)在結(jié)合附圖和優(yōu)選實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡化的 示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。如圖1所示，一種線性導(dǎo)軌數(shù)控機(jī)床靜力學(xué)及模態(tài)分析方法，包括以下步驟一 .三維幾何建模步驟a.在PRO/ENGINEER軟件中標(biāo)準(zhǔn)模式下對床身1、立柱2、主軸箱3、滑座4和工作 臺5進(jìn)行單獨幾何建模，按零部件關(guān)系在PRO/ENGINEER軟件中標(biāo)準(zhǔn)模式下裝配成立式加 工中心的三維幾何模型，在組裝時有些部件通過“預(yù)定義連接集(Predefined Connection kt)”來安裝的；b.在PRO/ENGINEER軟件中標(biāo)準(zhǔn)模式下對直線導(dǎo)軌和滑塊建模，按零部件關(guān)系在 PRO/ENGINEER軟件中標(biāo)準(zhǔn)模式下裝配成立式加工中心的三維幾何模型；c.在PRO/ENGINEER軟件中對標(biāo)準(zhǔn)模式下伺服電機(jī)8、電機(jī)安裝座9、絲桿螺母座 10、絲桿軸承座11和刀庫12進(jìn)行建模，按零部件關(guān)系在PRO/ENGINEER軟件中標(biāo)準(zhǔn)模式下裝配成立式加工中心的三維幾何模型；d.材料接觸、連接關(guān)系的設(shè)定在PRO/ENGINEER中裝配完成后，先對組裝好的模 型進(jìn)行空間干涉檢查具體步驟是PRO/ENGINEER中單擊菜單中的分析一模型命令，單擊全 局干涉和全局間隙，檢查裝配的接觸、干涉、間隙情況，是否存在干涉、分離現(xiàn)象，如果未出 現(xiàn)干涉分離等現(xiàn)象，則將將裝配好的三維模型導(dǎo)入到ANSYS Workbench軟件中，由于PRO/ ENGINEER與ANSYS Workbench的無縫集成，所以在機(jī)床三維模型建成后可直接導(dǎo)入ANSYS WoriAench模塊中，不存在數(shù)據(jù)丟失情況，而且節(jié)省大量的時間。e.材料接觸、連接關(guān)系的設(shè)定在ANSYS Worlibench中檢驗三維幾何造型組裝是 否正確，部件的材料屬性，并對接觸、連接關(guān)系進(jìn)行定義；f.物理載荷設(shè)定在ANSYS Worlibench靜力學(xué)根據(jù)機(jī)床重加工最大工件重量時的 切削力大小施加物理載荷；二 .靜力學(xué)分析步驟在ANSYS Workbench靜力學(xué)模塊根據(jù)機(jī)床重切削時的切削 力大小進(jìn)行施加物理載荷，提取機(jī)床整體及主要關(guān)心部件的變形、應(yīng)變、應(yīng)力等結(jié)果。三.模態(tài)分析步驟在ANSYS Workbench模態(tài)分析模塊，對模型施加約束，與實際 機(jī)床約束相符，提取模型的振型云圖，分析振型及固有頻率。四.評價步驟根據(jù)分析的結(jié)果，總結(jié)規(guī)律，對數(shù)控機(jī)床的剛度進(jìn)行合理的評價， 對結(jié)構(gòu)的合理性做出調(diào)整。另外，在所述步驟一中，在ANSYS Worlcbench定義部件的材料屬性，并定義接觸、連 接關(guān)系，其中主要包括對伺服電機(jī)8及附件進(jìn)行材料設(shè)定，使其重量與實際重量相符，對直 線導(dǎo)軌6和滑塊7的材料設(shè)定調(diào)整材料的彈性模型及泊松比，使其剛度與實際工件相同，直 線導(dǎo)軌6和滑塊7之間添加摩擦系數(shù)，設(shè)定摩擦系數(shù)與實際相同；滑座7、電機(jī)安裝座9、絲 桿螺母座10之間采用彈簧單元連接，任意兩部件之間至少連接有三根彈簧，并設(shè)定彈簧的 總剛度與絲桿剛度相同。另外，在所述步驟四中，通過比較分析機(jī)床整體的變形情況和模態(tài)振型以及床身 1、立柱2、主軸箱3單獨的變形情況和模態(tài)振型，進(jìn)而對整個模型的加工狀態(tài)進(jìn)行分析，找 出機(jī)體的薄弱環(huán)節(jié)。以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完 全可以在不偏離本項發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術(shù) 性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。
權(quán)利要求
1 一種線性導(dǎo)軌數(shù)控機(jī)床靜力學(xué)及模態(tài)分析方法，其特征在于包括以下步驟 一.三維幾何建模步驟a.在高級三維軟件中單獨建立立式加工中心的三維樣機(jī)模型并且進(jìn)行裝配，所述樣機(jī) 模型包括床身(1)、立柱(2)、主軸箱(3)、滑座(4)和工作臺(5)；b.在高級三維軟件中對直線導(dǎo)軌(6)和滑塊(7)建模；c.在高級三維軟件中對伺服電機(jī)(8)、電機(jī)安裝座(9)、絲桿螺母座(10)、絲桿軸承座 (11)和刀庫(12)進(jìn)行建模；d.在高級三維軟件中將所述直線導(dǎo)軌(6)、滑塊(7)、伺服電機(jī)(8)、電機(jī)安裝座(9)、絲 桿螺母座(10)、絲桿軸承座(11)和刀庫(1 進(jìn)行安裝；e.材料接觸、連接關(guān)系的設(shè)定在高級的有限元分析軟件中檢驗三維幾何造型組裝是 否正確，部件的材料屬性，并對接觸、連接關(guān)系進(jìn)行定義；f.物理載荷設(shè)定根據(jù)機(jī)床重加工最大工件重量時的切削力大小進(jìn)行施加物理載荷； 二 .靜力學(xué)分析步驟在高級的有限分析元件軟件中創(chuàng)建靜力學(xué)分析，測量分析變形、應(yīng)變、應(yīng)力；三.模態(tài)分析步驟在高級的有限分析元件軟件中創(chuàng)建模態(tài)分析，測量分析的振型、固有頻率；四.評價步驟根據(jù)分析的結(jié)果，總結(jié)規(guī)律，對數(shù)控機(jī)床的剛度進(jìn)行合理的評價，對結(jié) 構(gòu)的合理性做出調(diào)整。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種線性導(dǎo)軌數(shù)控機(jī)床靜力學(xué)及模態(tài)分析方法，其特征在 于所述線性導(dǎo)軌數(shù)控機(jī)床靜力學(xué)及模態(tài)分析方法適用于包括立式加工中心、臥式加工中 心和龍門加工中心在內(nèi)的帶有線性導(dǎo)軌的數(shù)控機(jī)床。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種線性導(dǎo)軌數(shù)控機(jī)床靜力學(xué)及模態(tài)分析方法，其特征在 于對所述床身(1)，立柱0)，主軸箱(3)，滑座(4)和工作臺(5)進(jìn)行參數(shù)化建模，并進(jìn)行 裝配。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種線性導(dǎo)軌數(shù)控機(jī)床靜力學(xué)及模態(tài)分析方法，其特征在 于在所述步驟一中，直線導(dǎo)軌(6)和滑塊(7)模型的大小與實際工件大小完全相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種線性導(dǎo)軌數(shù)控機(jī)床靜力學(xué)及模態(tài)分析方法，其特征在 于在所述步驟一中，對直線導(dǎo)軌(6)和滑塊(7)的材料設(shè)定調(diào)整材料的彈性模型及泊松 比，使其剛度與實際工件相同，直線導(dǎo)軌(6)和滑塊(7)之間添加摩擦系數(shù)，設(shè)定摩擦系數(shù) 與實際相同；滑座G)、電機(jī)安裝座(9)、絲桿螺母座(10)之間采用彈簧單元連接，任意兩部 件之間至少連接有三根彈簧，并設(shè)定彈簧的總剛度與絲桿剛度相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種線性導(dǎo)軌數(shù)控機(jī)床靜力學(xué)及模態(tài)分析方法，其特征在 于在所述步驟四中，通過比較分析機(jī)床整體的變形情況和模態(tài)振型以及床身(1)、立柱 O)、主軸箱C3)單獨的變形情況和模態(tài)振型，進(jìn)而對整個模型的加工狀態(tài)進(jìn)行分析，找出 機(jī)體的薄弱環(huán)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種線性導(dǎo)軌數(shù)控機(jī)床靜力學(xué)及模態(tài)分析方法，包括以下步驟一.三維幾何建模步驟在高級三維軟件中單獨建立立式加工中心的三維樣機(jī)模型并且進(jìn)行裝配；二.靜力學(xué)分析步驟在高級的有限分析元件軟件中創(chuàng)建靜力學(xué)分析，測量分析變形、應(yīng)變、應(yīng)力；三.模態(tài)分析步驟在高級的有限分析元件軟件中創(chuàng)建模態(tài)分析，測量分析的振型、固有頻率；四.評價步驟根據(jù)分析的結(jié)果，總結(jié)規(guī)律，對數(shù)控機(jī)床的剛度進(jìn)行合理的評價，對結(jié)構(gòu)的合理性做出調(diào)整，本發(fā)明可以根據(jù)分析的結(jié)果對機(jī)床系統(tǒng)進(jìn)行合理的評價，對機(jī)床的結(jié)構(gòu)做出調(diào)整，以適應(yīng)機(jī)床靜態(tài)剛度和動態(tài)特性的要求，而對整個機(jī)床的加工狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)評價，并以此進(jìn)行改進(jìn)。
文檔編號G06F17/50GK102096749SQ20111006893
公開日2011年6月15日 申請日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月22日
發(fā)明者盧強(qiáng) 申請人:紐威數(shù)控裝備(蘇州)有限公司